Квантовые микроскопы могут сделать МРТ атомного масштаба

Согласно новому исследованию, такой прибор сможет исследовать производительность двухмерной электроники атомарной толщины следующего поколения и выполнять МРТ-сканирование молекул, что поможет получить важную информацию для осуществления открытий в области медицины.

Квантовая микроскопия использует квантовые датчики для отображения магнитных, электрических, тепловых и других характеристик образцов в микроскопических масштабах. В новом исследовании учёные разработали прототип квантового микроскопа на основе чешуек гексагонального нитрида бора. Этот вид керамики часто находит применение в качестве изоляционного материала в двумерной электронике атомарной толщины.

Прототип системы микроскопии помещает гексагональные чешуйки нитрида бора толщиной от 10 до 100 нанометров поверх образцов. Эти образцы имеют дефекты, в которых отсутствуют атомы бора. Когда отрицательно заряженные свободные ячейки освещаются зелёным лазерным лучом, они флуоресцируют в ближнем инфракрасном диапазоне. Магнитные, электрические, тепловые и другие помехи могут изменить эту реакцию, позволяя этим дефектам служить датчиками. Каждая гексагональная чешуйка нитрида бора представляет собой массив датчиков.

В ходе экспериментов учёные проанализировали чешуйки теллурида хрома, материала, обладающего магнитными свойствами чуть выше комнатной температуры. Магнитные материалы часто делятся на домены, в которых все магнитные полюса указывают в одном направлении. Исследователи смогли отобразить магнитные домены образца в условиях окружающей среды, что ранее считалось невозможным. Кроме того, учёные могли одновременно нанести на карту тепловые и магнитные характеристики чешуек теллурида хрома, чтобы увидеть связи между температурой и магнетизмом в образце. Они также могли отображать зарядные токи и нагрев графенового устройства во время его работы.

Квантовый микроскоп может также отображать атомные структуры молекул, по сути, реализуя МРТ атомного масштаба.

Гексагональный нитрид бора также может найти применение в приложениях дистанционного зондирования для измерения магнитных полей с высокой точностью, выходящей за рамки того, что возможно с помощью существующих технологий.