A Hun-Ren Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársának, Gali Ádámnak vezetésével magyar kutatók olyan kvantummikroszkópot fejlesztenek, amivel különféle anyagvizsgálatokat lehet az eddigieknél sokkal jobb térbeli felbontással elvégezni, így az anyagok még kevésbé ismert jellemzőit tudják alaposabban megfigyelni a vizsgálatok során.

A kvantummikroszkóp tulajdonképpen egy szenzor, aminek működését a gyémántban található nitrogén-vakancia centrumra alapozzák: ez a kristályszerkezetbeli "hiba" egészen sokrétű érzékelési lehetőséget biztosít és a kvantumszenzorokban való felhasználási lehetőségeinek kiaknázása az elmúlt években kezdett nagy népszerűségre szert tenni. A nitrogén-vakancia centrum a gyémánt egy olyan pontján alakul ki, ahol a szénatom helyét egy nitrogénatom veszi át és mellette a szomszédos szénatom hiánya miatt egy üres hely (vakancia) található. Ez a rendszer a nitrogén miatt negatív töltést kap és az elektronokat lehetséges kvantumbitként alkalmazni, vagy más módon kvantumos jelenségekkel kapcsolatos műveletekre felhasználni. Az NV centrum valójában egy hiba a gyémántban, de a kutatók gyakran szándékosan szennyezik a nitrogén donorral a gyémántokat, hogy a keletkezett ponthiba előnyeihez hozzájussanak.

Az NV centrum jellemző tulajdonsága, hogy fotonokat bocsát ki, azaz fotolumineszcens és szobahőmérsékleten is működő szenzort lehet belőle készíteni.

"Az NV centrum kvantumszenzorként érzékeli a gyémánt fölötti tartományt megfelelő megvilágítás mellett, amit optikailag érzékelünk."

- írja a Wigner FK a kutatóközpont munkatársainak segítségével fejlesztett kvantummikroszkóppal kapcsolatban. A mérések során mágneses, elektromos, illetve mechanikai tereket vagy hőmérsékletet vizsgálják nagy térbeli felbontással és olyan különleges mérési módszereket valósítanak meg, mint a fluoreszcencia élettartamon alapuló mágneses rezonancia kiolvasás, illetve kétfoton-abszorpción alapuló fluoreszcencia képalkotás. A kvantummikroszkópban használt méréstechnika Európában is egyedülálló megoldásnak számít.

A kvantummikroszkóp két típusát fogják a kutatók megépíteni: egy egyszerűbb verziót oktatási célokra, egy komplexebb változatot laboratóriumi munkákra szánnak. A kifejlesztett kvantummetrológia módszerrel a nanoméretű képalkotás és érzékelés terén tehetnek új felfedezéseket és érhetnek el áttöréseket a jövőben.

(Fotó: Hun-Ren Wigner Fizikai Kutatóközpont, Wilfried Pohnke/Pixabay)

A legizgalmasabb kvantumfizikai kutatások hazai eredményei - az optikai szálas kvantumhálózatoktól a kvantumos szimulációkig A második kvantumforradalom nagy változásokat hozhat a számítástechnika, az anyagkutatás, a titkosítás, a szenzorok és még számos más technológia és tudományág területén, az újításokhoz pedig magyar szakértők is hozzájárulnak.