Olyan gyémántalapú kvantumszenzorokat fejlesztenek, amelyek szélsőséges fizikai környezetben is nagyon pontosan mérnek
A kutatás fókuszában a gyémánt kristályszerkezetében található, úgynevezett színcentrumok állnak. Ezek olyan pontszerű hibák, ahol a hiányzó szénatomok helyére idegen atomok kerülnek, lehetővé téve a precíziós méréseket extrém alacsony hőmérsékleten, nagy nyomáson vagy erős mágneses térben is.
A kvantumtechnológia gyors fejlődésével egyre nagyobb szerepet kapnak a rendkívül pontos mérések elvégzésére alkalmas szenzorok. Különösen ígéretesek a szilárdtest-alapú kvantumszenzorok, amelyek speciális anyagokon, például gyémánton alapulnak. Az ipari és kutatási alkalmazások szempontjából kulcsfontosságú, hogy ezek a kvantumrendszerek szélsőséges körülmények között is megbízhatóan működjenek, például nagyon alacsony hőmérsékleten, nagy nyomáson vagy erős mágneses térben.
A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói a nemzetközi projekt keretében ezen a területen dolgoztak együtt francia, német, litván és svájci kutatókkal. A kutatás olyan új típusú kvantumszenzorok kifejlesztésére irányult, amelyek a gyémántban található úgynevezett színcentrumok segítségével extrém környezetben is pontos méréseket tudnak végezni.
A projekt során a kutatók a gyémántalapú kvantumszenzorok teljesítményének növelésén dolgoztak. Azt vizsgálták, hogyan viselkednek a gyémántban létrehozott kvantumhibák, például a szilícium- és ón-vakancia színcentrumok különböző anyagi és környezeti feltételek mellett. Emellett azt is tanulmányozták, miként lehet nagy mágneses tereket mérni rendkívül alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson, ami elengedhetetlen az új típusú kvantumszenzorok fejlesztéséhez.
Gali Ádám szerint a céljuk az volt, hogy pontosan megértsék, miként lehet ezeket a kvantumállapotokat atomnyi pontossággal stabilizálni, és hogyan hasonlíthatók össze a különböző tulajdonságaik. Így a mérendő fizikai mennyiségek, például a nyomás, a hőmérséklet vagy a mágneses tér egymáshoz kalibrálhatók. Az elméleti számítások azt is lehetővé teszik, hogy nagyon alacsony hőmérsékleten vagy extrém nagy nyomáson is lehessen kis térbeli felbontással mágneses tereket mérni, ami új anyagok, például szupravezetők fejlesztéséhez is hozzájárulhat.
Az eredmények a kvantumtechnológia fejlődése mellett hosszabb távon energiahatékony ipari alkalmazások előtt is új lehetőségeket nyithatnak, a magyar részvétel hozzájárult ahhoz is, hogy Európa – és benne Magyarország – a jövőben meghatározó szereplője legyen a kvantumtechnológia jövőbeni fejlesztéseinek.
Ezek is érdekelhetnek:
(Forrás: Hun-Ren Wigner Fizikai Kutatóközpont, Nature; borítókép: Getty Images)
