doi.org/10.1038/s41565-024-01724-z
Credibilidade: 989
#ressonância magnética
Um novo sensor quântico com resolução excepcional transforma a análise de materiais em nível atômico, abrindo caminho para avanços em tecnologias e ciências quânticas
Em um avanço científico, uma equipe de pesquisa internacional do Forschungszentrum Ju00fclich da Alemanha e do Centro IBS de Nanociência Quântica (QNS) da Coréia desenvolveram um sensor quântico capaz de detectar campos magnéticos minúsculos na escala de comprimento atômico.
Este trabalho pioneiro realiza um sonho de longa data dos cientistas: uma ferramenta semelhante à ressonância magnética para materiais quânticos.
Desenvolvimento de sensor quântico: A equipe de pesquisa utilizou a experiência de fabricação ascendente de molécula única do grupo Ju00fclich enquanto conduzia experimentos no QNS, utilizando a instrumentação de ponta e o conhecimento metodológico da equipe coreana, para desenvolver o primeiro sensor quântico do mundo.
Sensor para o mundo atômico
O diâmetro de um átomo é um milhão de vezes menor que o fio de cabelo humano mais grosso.
Isto torna extremamente desafiador visualizar e medir com precisão quantidades físicas como campos elétricos e magnéticos emergentes de átomos.
Para detectar campos tão fracos de um único átomo, a ferramenta de observação deve ser altamente sensível e tão pequena quanto os próprios átomos.
Um sensor quântico é uma tecnologia que utiliza fenômenos da mecânica quântica, como o spin de um elétron ou o emaranhado de estados quânticos, para medições precisas.
Vários tipos de sensores quânticos foram desenvolvidos nos últimos anos.
Embora muitos sensores quânticos sejam capazes de detectar campos elétricos e magnéticos, acreditava-se que a resolução espacial em escala atômica não pode ser dominada simultaneamente.
https://youtu.be/cHuZCmOtVFc A equipe de pesquisa alcançou níveis sem precedentes de sensibilidade e resolução espacial anexando uma molécula de PTCDA à ponta do STM e medindo a ESR.
Crédito: Institute for Basic Science
Avanço na tecnologia de detecção
O sucesso do novo sensor quântico em escala atômica reside no uso de uma única molécula.
Esta é uma forma conceitualmente diferente de detecção, uma vez que a função da maioria dos outros sensores depende de um defeito – uma imperfeição – de uma rede cristalina.
Dado que tais defeitos desenvolvem as suas propriedades apenas quando estão profundamente incrustados no material, o defeito – capaz de detectar campos elétricos e magnéticos, permanecerá sempre a uma distância bastante grande do objecto, impedindo-o de ver o objecto real na escala de um único átomo.
A equipe de pesquisa mudou a abordagem e desenvolveu uma ferramenta que usa uma única molécula para detectar as propriedades elétricas e magnéticas dos átomos.
A molécula é fixada na ponta do microscópio de tunelamento e pode ser colocada a algumas distâncias atômicas do objeto real.
Alta precisão e aplicações potenciais Dr. Taner Esat, autor principal da equipe Ju00fclich, expressou seu entusiasmo sobre as aplicações potenciais, afirmando: “Este sensor quântico é uma virada de jogo, porque fornece imagens de materiais tão ricos quanto uma ressonância magnética” e, ao mesmo tempo, estabelece um novo padrão para resolução espacial em sensores quânticos.
Isso nos permitirá explorar e compreender os materiais em seu nível mais fundamental.” A colaboração de longo prazo dependeu do Dr. Esat, anteriormente pós-doutorado na QNS, que voltou para Júclich, onde concebeu esta molécula sensível.
Optou por regressar ao QNS para uma estadia de investigação, a fim de comprovar esta técnica utilizando os instrumentos de última geração do centro.
O sensor possui resolução de energia que permite detectar alterações em campos magnéticos e elétricos com resolução espacial da ordem de um décimo de angstrom, onde 1 u00c5ngstru00f6m normalmente corresponde a um diâmetro atômico.
Além disso, o sensor quântico pode ser construído e implementado em laboratórios existentes em todo o mundo.
Capacidades de detecção revolucionárias
O sensor possui uma resolução de energia que permite detectar mudanças em campos magnéticos e elétricos com uma resolução espacial da ordem de um décimo de angstrom, onde 1 u00c5ngstru00f6m normalmente corresponde a um diâmetro atômico.
Além disso, o sensor quântico pode ser construído e implementado em laboratórios existentes em todo o mundo.
“O que torna essa conquista tão impressionante é que usamos um objeto quântico primorosamente projetado para resolver propriedades atômicas fundamentais de baixo para cima.
As técnicas anteriores para visualização de materiais usam sondas grandes e volumosas para tentar analisar pequenas características atômicas”, enfatiza o líder do autor Dr. Dimitry Borodin.
“Você tem que ser pequeno para ver pequeno.” Impacto transformacional em materiais quânticos: este sensor quântico inovador está preparado para abrir caminhos transformadores para a engenharia de materiais e dispositivos quânticos, projetando novos catalisadores e explorando o comportamento quântico fundamental de sistemas moleculares , como em bioquímica.
Como observou Yujeong Bae, PI da QNS para o projeto: “A revolução nas ferramentas para observar e estudar a matéria emerge da ciência básica acumulada.
Como disse Richard Feynman, ‘Há muito espaço no fundo’, o potencial da tecnologia para a manipulação no nível atômico é infinita.” E o professor Temirov, líder do grupo de pesquisa em Ju00fclich, acrescenta: É emocionante ver como nosso trabalho de longa data em manipulação molecular resultou na construção de um dispositivo quântico recordista.
– Os resultados da pesquisa foram publicados em 25 de julho na Nature Nanotechnology.
O desenvolvimento deste sensor quântico em escala atômica marca um marco significativo no campo da tecnologia quântica e espera-se que tenha implicações de longo alcance em várias disciplinas científicas.
Publicado em 27/07/2024 19h51
Artigo original:
- https://scitechdaily.com/quantum-breakthrough-mri-for-molecules-unlocks-secrets-of-the-atomic-world/
Estudo original: