En un avance científico, un equipo de investigación internacional del Forschungszentrum Jülich de Alemania y el Centro IBS de Nanociencia Cuántica (QNS) de Corea ha desarrollado un sensor cuántico capaz de detectar campos magnéticos diminutos en escalas de longitud atómica. Este trabajo innovador cumple el sueño de los científicos desde hace mucho tiempo: un dispositivo similar a la resonancia magnética para materiales cuánticos.
El equipo de investigación utilizó la experiencia en fabricación ascendente de una sola molécula del grupo Jülich para realizar experimentos con QNS, utilizando las conocidas herramientas y métodos del equipo coreano para aprender cómo desarrollar el primer sensor cuántico del mundo para el mundo nuclear.
El diámetro de un átomo es un millón de veces más pequeño que el cabello humano más grueso. Esto hace que sea extremadamente difícil visualizar y medir con precisión cantidades físicas como los campos eléctricos y magnéticos que emanan de los átomos. Para detectar campos tan débiles procedentes de un átomo, el instrumento de observación debe ser extremadamente sensible y tan pequeño como los propios átomos.
Un sensor cuántico es una tecnología que utiliza fenómenos de la mecánica cuántica, como el espín de los electrones o el entrelazamiento de estados cuánticos, para realizar mediciones precisas. A lo largo de los años se han desarrollado muchos tipos de sensores cuánticos. Aunque muchos sensores cuánticos son capaces de detectar campos eléctricos y magnéticos, se creía que la resolución espacial a escala atómica no se podía dominar simultáneamente.
Un nuevo enfoque para mejores soluciones
El éxito del nuevo sensor cuántico a escala atómica reside en el uso de una única molécula. Este es un método de detección conceptualmente diferente, ya que la mayoría de los otros sensores se basan en la distorsión (un defecto) de la red cristalina. Debido a que tales defectos desarrollan sus propiedades sólo cuando están profundamente incrustados en el material, el defecto, capaz de detectar campos eléctricos y magnéticos, siempre estará a una distancia considerable del objeto, lo que le impedirá ver el objeto real. átomo único.
El equipo de investigación cambió el enfoque y desarrolló una herramienta que utiliza una sola molécula para detectar las propiedades eléctricas y magnéticas de los átomos. Esta molécula está adherida a la punta de un microscopio de efecto túnel y puede acercarse a unas pocas distancias atómicas del objeto original.
El Dr. Taner Esat, autor principal del equipo de Jülich, expresó su entusiasmo por las posibles aplicaciones y dijo: “Este sensor cuántico cambia las reglas del juego, ya que proporciona imágenes de contenido rico similar a una resonancia magnética y también pinta una nueva imagen de la calidad de la resolución espacial en sensores cuánticos que nos permitirá explorar y comprender materiales en su nivel fundamental”. La colaboración a largo plazo depende del Dr. East, ex postdoctorado en QNS, que regresó a Jülich, donde visualizó esta molécula sensible. Eligió regresar a QNS para una estancia de investigación para probar la técnica utilizando el equipo avanzado del centro.
El sensor tiene una resolución energética que permite la detección de cambios en los campos magnéticos y eléctricos con una resolución espacial del orden de décimas de angstrom, donde 1 Ångström normalmente corresponde a un diámetro atómico. Además, se pueden construir e implementar sensores cuánticos en laboratorios existentes en todo el mundo.
El sensor tiene una resolución energética que permite la detección de cambios en los campos magnéticos y eléctricos con una resolución espacial del orden de décimas de angstrom, donde 1 Ångström normalmente corresponde a un diámetro atómico. Además, se pueden construir e implementar sensores cuánticos en laboratorios existentes en todo el mundo.
“Lo que hace que este logro sea tan sorprendente es que utilizamos un objeto cuántico finamente diseñado para resolver las propiedades atómicas fundamentales desde abajo hacia arriba. Las técnicas anteriores para visualizar la materia se han centrado en propiedades atómicas pequeñas. Utilizamos sondas grandes para realizar el análisis”, enfatizó el líder de QNS. autor dr. Dimitri Borodin “Hay que ser pequeño para ver lo pequeño.”
Este innovador sensor cuántico está preparado para abrir vías transformadoras para diseñar materiales y dispositivos cuánticos, diseñar nuevos catalizadores y explorar el comportamiento cuántico fundamental de los sistemas moleculares, como en la bioquímica.
Potencial innovador
Como señala Yujeong Bae, investigador principal de QNS para el proyecto, “la revolución en los instrumentos para observar y estudiar la materia surge de la ciencia básica acumulada. Como dijo Richard Feynman, ‘hay mucho espacio en el fondo'”, el potencial de uso. es ilimitado a nivel atómico.” Y el profesor Timirov, líder del grupo de investigación en Jülich, afirma: “Es emocionante ver cómo nuestro largo trabajo en manipulación molecular ha llevado a la construcción de un dispositivo cuántico que bate récords”.
Los resultados de la investigación fueron publicados. Nanotecnología de la naturaleza. El desarrollo de este sensor cuántico a escala atómica marca un hito importante en el campo de la tecnología cuántica y se espera que tenga implicaciones de gran alcance en diversos campos científicos.
