Ingrid Fadelli , Phys.org

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriSilikon karbidin (SiC) səthinə yaxın işlənmiş divakansiya ilə əlaqəli kvant sensoru ilə Gadolinium kompleksinin (MRT kontrast materialı) kvant tədqiqinin təsviri. Kredit: Pei Li et al.

Son onilliklər ərzində fiziklər və kvant mühəndisləri kvant mexaniki təsirlərindən istifadə edərək istənilən funksiyaları yerinə yetirən geniş sistemlər təqdim etdilər. Bunlara kvant sensorları, zəif maqnit və ya elektrik sahələrini aşkar etmək üçün kubitlərə (yəni, kvant məlumatlarının vahidlərinə) əsaslanan qurğular daxildir.

HUN-REN Wigner Fizika Tədqiqat Mərkəzi, Pekin Hesablama Elmləri Tədqiqat Mərkəzi, Çin Elm və Texnologiya Universiteti və digər institutların tədqiqatçıları bu yaxınlarda kvant məlumatlarını elektronların xas bucaq momentumunda saxlayan silisium karbid (SiC) əsaslı spin kubitlərindən istifadə edən yeni kvant zondlama platformasını təqdim etdilər. Nature Materials jurnalında dərc olunan məqalədə təqdim edilən bu sistem otaq temperaturunda işləyir və yaxın infraqırmızı işıqdan istifadə edərək qubit siqnallarını ölçür.

Phys.org-a məqalənin baş müəllifi Adam Qali “Bizim layihəmiz tapmaca ilə başladı” dedi. “Bir səthdən bir neçə nanometr aşağıda oturan kvant qüsurlarının fantastik sensorlar olduğu güman edilir, lakin praktikada onlar səthin özündən çoxlu “zibil” siqnalları götürürlər. Bu, xüsusilə SiC-də doğrudur. Onun standart oksid səthi boş yüklər və fırlanmalarla doludur və bu, bizim əslində istifadə etmək istədiyimiz kvant qüsurunu aradan qaldıran səs-küy yaradır. məhdudiyyət.”

Adi SiC səthlərində səs-küyü azaltmaq üçün texnika və ya strategiyalar hazırlamaq əvəzinə, Gali və onun həmkarları tamamilə yeni bir səth dizayn etməyə çalışdılar. Bu, nəticədə onların tədqiqatının əsas motivi oldu.

“Məqsədimiz səs-küy yaratmayan təmiz, dayanıqlı, bio-dostluq SiC səthi yaratmaq idi ki, onun altındakı dayaz kvant qüsurları nəhayət ki, yaxşı bacardıqları şeyi edə bilsin – hətta otaq temperaturunda belə aydınlıqla xarici siqnalları aşkarlaya bilsin”, – Qali bildirib.

“Qısacası, layihə sadə bir reallaşdırmadan inkişaf etdi: bu kvant qüsurlarına daha sakit bir mühit versək, onlar birdən güclü, praktik sensorlara çevrilirlər.”

Qeyri-invaziv silisium karbid kubitlərinə əsaslanan sistem

Tədqiqatçılar tərəfindən təqdim edilən kvant sensoru 4H-SiC strukturlarında “divakansiyalar” və “divakansiyaya bənzər növlər” kimi tanınan diqqətlə mühəndislik qüsurları ilə qurulmuşdur. Onların sistemində bu qüsurlar lazer və mikrodalğalı sobalardan istifadə etməklə idarə oluna bilən kiçik kvant spinləri kimi davranır.

“Onlar səthin altında cəmi bir neçə nanometr oturduqları üçün, molekullar və ya bioloji nümunələr kimi yuxarıda yerləşdirilən hər hansı bir şeydən gələn maqnit və kimyəvi siqnallara son dərəcə həssasdırlar” dedi Gali. “Əsl irəliləyiş bizim hazırladığımız səthdir.”

Əvvəllər kvant sensorlarını inkişaf etdirmək üçün istifadə edilən əksər materiallarda, dayaz kvant qüsurları materialların səthində arzuolunmaz yüklərdən və fırlanmalardan yaranan səs-küy ilə üst-üstə düşür. Bu problemi həll etmək üçün Gali və onun həmkarları bu səs-küylü interfeys vəziyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə boğan tamamilə yeni, bio-inert səth yaratdılar.

“Səth sakitləşdikdə, kvant spinləri nəhayət təmiz işləyə və yüksək dəqiqliklə xarici siqnalları aşkarlaya bilər” dedi Gali.

“Digər üstünlük ondan ibarətdir ki, SiC qüsurları təbii olaraq yaxın infraqırmızı diapazonda işıq saçır, bu diapazon bioloji materiallara və mayelərə yaxşı nüfuz edir. Bizim sabit, kimyəvi cəhətdən inert səthimizlə birlikdə bu, sensorun otaq temperaturunda və bioloji və ya sulu mühitlərdə etibarlı şəkildə işləməsi deməkdir və real şəraitdə praktik kvant algılamasının qapısını açır.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

İlkin nəticələr və gələcək imkanlar

İlkin sınaqlarda müəlliflər tərəfindən hazırlanmış yeni səth əhəmiyyətli dərəcədə daha az səs-küy yaradaraq və bununla da qubitlərin sabitliyini artıraraq yüksək perspektivli nəticələr əldə etdi. Beləliklə, bu son iş materialın kimyasının kvant texnologiyalarının performansına təsirini vurğulayır və diqqətlə işlənmiş kvant qüsurlarının səth vəziyyətlərindən yaranan səs-küyü əhəmiyyətli dərəcədə azalda biləcəyini göstərir.

“Adi oksidi alkenlə bitən SiC səthi ilə əvəz etməklə biz kvant siqnalını boğan səs-küylü interfeys qüsurlarını yatıra bildik” dedi Qali. “Bu, bizə səthdən bir neçə nanometr aşağıda yerləşən qüsurlardan təmiz, yüksək dəqiqliklə fırlanma oxunuşunu bərpa etməyə imkan verdi – adi oksidləşmiş SiC-də mümkün olmayan bir şey.”

Xüsusilə, tədqiqatçılar göstərdilər ki, onların yeni təqdim edilən səthindəki dayaz qüsurlar, həmçinin otaq temperaturunda və adətən çox səs-küylü və ya kimyəvi reaktiv hesab edilən mühitlərdə sabit spin sensoru protokollarını həyata keçirə bilər. Beləliklə, onların səth mühəndisliyi strategiyası təkcə sistemlərindəki siqnalları təkmilləşdirmədi, həm də SiC-ni nanomiqyasda kvant algılamasını həyata keçirmək üçün əlverişli platformaya çevirdi.

“Bu irəliləyişlər geniş tətbiq sahələri açır” dedi Qali. Sensor nanoölçülü maqnit sahəsinin aşkarlanması, kiçik molekulyar nümunələrin səth NMR-si və real vaxt rejimində kimyəvi və ya bioloji proseslərin yoxlanılması üçün istifadə edilə bilər.

Komandanın səthinin iki əsas üstünlüyü onun bio-inertliyi (yəni, canlı toxumalar və bioloji sistemlərlə uyğunluğu) və yaxın infraqırmızı işıq yaymaq qabiliyyətidir. Gələcəkdə səthə əsaslanan sensorlar bədənə təhlükəsiz şəkildə implantasiya edilə bilən və ya reaktiv kimyəvi maddələrlə dolu mühitlərdə yerləşdirilə bilən bio-uyğun kvant sensoru cihazları yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.

“İrəliyə baxaraq, biz bu platformanın imkanlarını daha da artırmaq istəyirik. Bir istiqamət dayaz kvant qüsurlarını necə yaratdığımızı təkmilləşdirməkdir ki, onların dərinliyi, sıxlığı və yük vəziyyəti daha da dəqiqliklə idarə oluna bilsin”, – Qali bildirib.

“Paralel olaraq, biz səth kimyasını dəqiqləşdirməyi planlaşdırırıq ki, bu da xüsusi bioloji və ya kimyəvi hədəfləri birbaşa sensora idarə olunan və sabit bir şəkildə əlavə etməyi asanlaşdırır.”

Tədqiqatçılar indi dizayn etdikləri səthi daha da təkmilləşdirməyi planlaşdırırlar. Məsələn, onlar izotopik olaraq təmizlənmiş SiC-ə əsaslanan səthinin təkmilləşdirilmiş versiyası üzərində işləyirlər, SiC-nin daha təmiz forması, sistemlərində spinlərin uyğunluq müddətini uzadır və həssaslığını artırır.

“Bu təkmilləşdirmələrlə bizim növbəti məqsədimiz nümayişlərdən real zondlama təcrübələrinə keçməkdir: paramaqnit molekulların aşkarlanması, səthlə əlaqəli nümunələrdə nanoölçülü NMR həyata keçirilməsi və nəticədə real mühitlərdə bioloji və ya kimyəvi proseslərin tədqiqi”, – Qali əlavə edib.

“Bir sözlə, biz bu sistemi kimya, biologiya və materialşünaslıq üçün çox yönlü, otaq temperaturunda kvant ölçmə alətinə çevirmək üçün çalışırıq.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Eqan tərəfindən yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu hesabat sizin üçün əhəmiyyət kəsb edirsə, lütfən, ianə (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Siz təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Pei Li və digərləri, Silikon karbid kubitlərindən qeyri-invaziv bioinert otaq temperaturu kvant sensoru, Təbiət Materialları (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02382-9 .

Jurnal məlumatı: Təbiət Materialları 

© 2025 Science X Network