حسگر‌های کوانتومی ابزار‌های بسیار دقیقی می باشند که قادرند تغییرات زیاد کوچک در میدان‌های الکتریکی، مغناطیسی یا حرارتی را در مقیاس نانو تشخیص دهند. آنها نقش کلیدی در کشف اتفاق‌های فیزیکی تازه و طراحی مواد هوشمند آینده دارند.

در این پروژه، محققان از عیوب اسپینی در لایه‌های نازک hBN منفعت گیری کردند، عیوبی که به گفتن نقاط کوانتومی عمل کرده و می‌توانند در تشخیص میدان مغناطیسی زیاد دقیق عمل کنند.

چرا hBN؟

به گزارش scitechdaily، تا قبل از این، زیاد تر حسگر‌های کوانتومی مغناطیسی از نقطه‌های خالی نیتروژن-واکنسی (NV) در بلور الماس منفعت گیری می‌کردند. این حسگر‌ها یقیناً دارای محدودیت‌هایی همانند تشخیص تک‌محوری میدان مغناطیسی و دامنه محدود در اندازه‌گیری بودند.

حسگر‌های تازه مبتنی بر hBN دارای این ویژگی‌ها می باشند: قابلیت تشخیص چندجهته میدان مغناطیسی، دامنه اندازه‌گیری گسترده‌تری، کارکرد بهتر در محیط اتاق

سازگاری بالا با فناوری‌های نانویی را فراهم می‌کنند.

علاوه بر این، hBN یک ماده دو بعدی است که می‌توان آن را تا ضخامت چند لایه اتمی لبشور کرد، به این علت این حسگر‌ها می‌توانند زیاد نزدیک‌تر به مثالهای مورد مطالعه قرار گیرند و نقشه‌برداری مغناطیسی با دقت اتمی را ممکن کنند.

چطور این حسگر کار می‌کند؟

محققان از تکنیکی به نام رنزونانس مغناطیسی کوانتومی دیده‌شده با نور (ODMR) منفعت گیری کردند. این روش شامل بازدید نحوه جواب‌گویی اسپین عیوب داخل hBN به تغییرات میدان مغناطیسی است. با تجزیه و تحلیل دقیق نوری که این عیوب جذب یا انتشار کردن خواهند داد، محققان موفق شدند:

مکانیزم‌های اساسی کارکرد این حسگر را فهمیدن کنند.

اعتدال بین خواص نوری و متقارنی عیوب را کشف کنند.

ثابت کنند که این سیستم می‌تواند به گفتن یک حسگر مغناطیسی قوی و چندمنظوره عمل کند.

کاربرد‌های آینده‌ این فناوری

این دستاورد می‌تواند انقلابی در عرصه‌های گوناگون باشد که شامل این موارد است: تصویربرداری مغناطیسی از مواد نوین، مطالعه دقیق جریان‌های الکتریکی در مدار‌های نانویی، کشف اتفاق‌های فیزیکی تازه در مواد دو بعدی.

همانطور که دکتر سیمون ایزاگیره بارکر، نویسنده دوم این مقاله او گفت: «ما اثبات کردیم که hBN می‌تواند ODMR را در شرایطی تازه به کار ببرد. این یعنی می‌توانیم اتفاق‌های مغناطیسی را به راه حلهایی که پیش‌تر غیرممکن بودند، مشاهده کنیم.» 

این چنین پروفسور هانا استرن، یکی از مجریان مهم پروژه، افزود: «با منفعت گیری از یک ماده دو بعدی به گفتن سنسور، ما می‌توانیم به دقت‌های اتمی در نقشه‌برداری مغناطیسی دست اشکار کنیم. این فقط یک پیشرفت فنی نیست، بلکه دروازه‌ای به سوی دنیایی تازه از کاربرد‌های کوانتومی است.»