Divas starpdisciplināras komandas ar daudziem vieniem un tiem pašiem pētniekiem izstrādā procesus, kas ļauj zinātniekiem labāk redzēt nanomērogā un izmantot kvantu jomas iespējas.
Abos projektos bija publicēti raksti respektablos pētniecības žurnālos tajā pašā maijā maijā, un tajos piedalījās mācībspēki un pētniecības absolventi no vairākām Nebraskas-Linkolnas universitātes akadēmiskajām nodaļām — mašīnbūves un materiālu inženierijas, elektrotehnikas un datortehnikas, ķīmijas, fizikas un astronomijas.
Katru komandu atbalsta Emergent Quantum Materials and Technologies, ko finansē Nacionālais zinātnes fonds, OR pielīdzināt, Nebraskas štata sponsorēta 20 mācībspēku grupa no dažādām pētniecības iestādēm, kas “vada atklājumus un paātrina jaunu kvantu materiālu un parādību rezultātus”.
“Starpdisciplinārā pieeja darbojas ar šiem projektiem, jo tā ļauj mums visiem koncentrēties uz vienu aspektu, kas ir vitāli svarīgs viņu panākumiem,” sacīja Abdelgani El-Aravi, mašīnbūves un materiālu inženierijas docents un abu komandu pētnieks. “Šie projekti veicina to, kas ir iespējams kvantu pētniecībai.”
ACS Nano
ACS Nano 9. maija izdevumā bija a papīrs Kur autori sīki izklāsta savu jauno metodi, izmantojot uz slāpekli balstītu magnetometru, lai pētītu atsevišķu šķērssaistītu dzelzs-triazola nanodaļiņu un nanodaļiņu kopu magnētiskās īpašības.
Iepriekšējie pētījumi par šīm magnētiskajām daļiņām galvenokārt tika veikti lielapjoma (šķīduma vai pulvera) veidā, kas apgrūtina to individuālās magnētiskās uzvedības izpēti vājā klaiņojošā magnētiskā signāla dēļ. Pētnieki izmeta triazola čuguna nanodaļiņas uz dimanta substrāta, kas leģēts ar īpaši jutīgiem kvantu sensoriem. Kad caur substrātu tiek izšauts zaļās gaismas stars, NV izstaro sarkanu gaismu ar dažādu ātrumu nanostiķu un nanodaļiņu klātbūtnē. Šīs fluorescences izmaiņas apgaismo reģionu un ļauj superizšķirtspējas kamerai kā pielietotā magnētiskā lauka, mikroviļņu frekvences un temperatūras funkcijai izsekot dzelzs-triazola griezieniem atsevišķu nanodaļiņu līmenī.
LaRawi teica, ka komandas pētījumi liecina, ka tehnoloģija uzlabo attēlveidošanas iespējas līdz 20 nanometriem – gandrīz 5000 reižu mazāks nekā cilvēka mati – un, iespējams, jutību līdz pat 10 nanometriem.
Izmantojot “termisko slēdzi” un “pastāvīgo magnētu”, sacīja Larave, komanda spēja kontrolēt atsevišķu nanostieņu griešanās stāvokļus un regulēt to magnētisma līmeni un to radītos klaiņojošos magnētiskos laukus. Šie klaiņojošie lauki ir ļoti vāji un apgrūtina to mērīšanu, izmantojot parastās metodes, piemēram, magnētiskā spēka mikroskopiju.
“Jebkurai molekulai ir komponenti, tostarp pārejas metāli, piemēram, dzelzs, kas ir magnētiski, un šo komponentu rotācija darbojas atšķirīgi atkarībā no temperatūras,” sacīja El-Aroui. “Zemākā temperatūrā spiniem nav magnētiskas zīmes, jo tie izslēdz viens otru.
“Jūs to varat kontrolēt ne tikai ar temperatūru un magnētisko lauku, bet arī ar pielietoto spriegumu tādos veidos, kas maina magnētisko daļiņu griešanos.”
Larawe teica, ka NV tehnoloģija ļaus izpētīt neizpētītas magnētiskās un fiziskās parādības nanometru mērogā un potenciāli novedīs pie sasniegumiem kvantu uztverē, molekulārās griešanās elektronikā un medicīnas jomās, piemēram, virusoloģijā un smadzeņu zinātnes pētniecībā.
Šajā komandā ietilpst:
-
Nebraskas fakultāte: Abdul Ghani El-Arawi, mašīnbūves un materiālu inženierijas docents; Rebeka Lai, ķīmijas docente; Sy-Hwang Liou, fizikas un astronomijas profesors; Yinsheng Guo, ķīmijas docents; un Iļja Fesčenko no Latvijas Universitātes.
-
Nebraskas absolventi: Suvechhya Lamichhane, fizika un astronomija; Kayleigh McElveen, ķīmija; Ādams Ēriksons un Rupaks Temalsina, Mašīnbūves un materiālu inženierija; un pēcdoktorantūras pētnieks ķīmijā Shuo Sun.
Uzlaboti optiskie materiāli
Otrās komandas pētnieki izmantoja jaunu īpaši plānu saimnieka materiālu, lai par 200% palielinātu viena fotona izstarotāju spilgtumu. Viņu raksts ir publicēts Uzlaboto vizuālo materiālu 3. maija izdevums.
Sešstūrains bora nitrīds (hBN), līdzīgs grafēnam, jo tas ir tik plāns, ka tas ir praktiski divdimensiju, ir kļuvis par ļoti vēlamo integrēto kvantu fotonisko tīklu sastāvdaļu. Tomēr hBN vadītās kvantu gaismas zemā kvantu efektivitāte, kas pazīstama arī kā viena fotona izstarotāji, ir sarežģīta.
El-Arawi komanda koncentrēja savus pētījumus uz hibrīdu nanostruktūru viena fotona īpašībām, kas sastāv no SPE un sudraba nanocaurulēm, kurās ir kolektīvi elektronu ierosinājumi, kas pazīstami arī kā plazmoni.
Nebraskas pētnieki parādīja, ka tad, kad hBN pārsla ir tiešā saskarē ar nanomēroga sudraba nanocaurulēm, spēcīga, ātra viena gaismas fotona emisija istabas temperatūrā rada divreiz lielāku SPE fluorescences kalpošanas laiku un intensitāti.
“Izturīgie un ātrie SPE, kas iegūti istabas temperatūrā, var būt ļoti noderīgi daudziem jauniem lietojumiem kvantu optiskajā komunikācijā un skaitļošanā,” sacīja LaRawi. “Ja vēlaties definēt kvantu fotonikas tīklu vai uzlabot kvantu komunikāciju, tagad varat kontrolēt īpašības.
“Rezultāti pierāda, ka istabas temperatūras, cietvielu kvantu izstarotāji hBN vai citos 2D van der Walls materiālos var būt ideālas platformas integrētai kvantu fotonikai.”
Šajā komandā ietilpst:
-
Nebraskas fakultāte: Larawe, Leo un Ufuk Kilic, elektrotehnikas un datortehnikas zinātniskais asistents; Christos Argyropoulos, inženierzinātņu docents Penn State un bijušais Nebraskas štata inženierzinātņu fakultātes loceklis
-
Pēcdoktorantūras pētnieks: Muhammad Jawad Doron, Mašīnbūve.
-
Absolventi: Ericsson. LaMichane, Endrjū Batlers, elektroinženieris; Batlers un Ēriksons.
