Ver claramente en un nuevo reino: los investigadores crean un prototipo de una nueva generación de microscopía cuántica
"Lo que comenzó como una molestia experimental terminó siendo una pista hacia una capacidad de nuestro microscopio que es única entre las alternativas actuales"
Mientras que la informática cuántica parece el gran tema de las tecnologías en desarrollo basadas en el comportamiento de la materia y la energía a nivel atómico y subatómico, hay otra dirección que promete abrir una nueva puerta a la propia investigación científica: la microscopía cuántica.
Impresión artística de un microscopio cuántico para estudiar las reacciones químicas e identificar el origen molecular.
Dr Mehran Kianinia
Con el avance de las tecnologías cuánticas, se están haciendo posibles nuevas modalidades de microscopía, que pueden ver corrientes eléctricas, detectar campos magnéticos fluctuantes e incluso ver moléculas individuales en una superficie.
Un equipo de investigación australiano dirigido por el profesor Igor Aharonovich, de la Universidad Tecnológica de Sídney, y el doctor Jean-Philippe Tetienne, de la Universidad RMIT, ha desarrollado un prototipo de este tipo de microscopio, con una sensibilidad de alta resolución. Los resultados del equipo se han publicado en Nature Physics.
El microscopio cuántico se basa en impurezas atómicas que, tras ser iluminadas con láser, emiten luz que puede relacionarse directamente con cantidades físicas interesantes, como el campo magnético, el campo eléctrico o el entorno químico próximo al defecto.
El profesor Aharonovich dijo que la ingeniosidad del nuevo enfoque consistía en que, a diferencia de los voluminosos cristales que suelen emplearse para la detección cuántica, el equipo de investigación había utilizado capas atómicamente finas, denominadas nitruro de boro hexagonal (hBN).
"Este material de Van der Waals -es decir, formado por capas bidimensionales fuertemente unidas- puede hacerse muy fino y adaptarse a superficies arbitrariamente rugosas, lo que permite una sensibilidad de alta resolución", explicó el profesor Aharonovich.
Estas propiedades nos llevaron a la idea de utilizar láminas de hBN "cuánticamente activas" para realizar microscopía cuántica, que es esencialmente una técnica de imagen que utiliza matrices de sensores cuánticos para crear mapas espaciales de las cantidades a las que son sensibles", dijo el Dr. Tetienne.
"Hasta ahora, la microscopía cuántica se veía limitada en su resolución espacial y flexibilidad de aplicación por los problemas de interconexión inherentes al uso de un voluminoso sensor tridimensional. Al utilizar en su lugar un sensor de van der Waals, esperamos ampliar la utilidad de la microscopía cuántica a ámbitos que antes eran inaccesibles".
Para probar las capacidades del prototipo, el equipo realizó la detección cuántica en un material magnético tecnológicamente relevante: una escama de CrTe2, un ferromagneto de van der Waals con una temperatura crítica justo por encima de la temperatura ambiente.
El microscopio cuántico basado en el hBN fue capaz de obtener imágenes de los dominios magnéticos del ferromagneto, con una proximidad nanométrica al sensor y en condiciones ambientales, algo que se creía imposible hasta la fecha.
Además, aprovechando las propiedades únicas de los defectos del hBN, se registró un mapa simultáneo de temperatura, lo que confirma que el microscopio puede utilizarse para obtener imágenes correlativas entre ambas magnitudes.
Los autores principales del artículo de Nature Physics, los estudiantes de doctorado Alex Healey (Universidad de Melbourne) y Sam Scholten (Universidad de Melbourne), y el investigador novel Tieshan Yang (UTS), afirmaron que la naturaleza de van der Waals del sensor había permitido la detección dual de las propiedades magnéticas y la temperatura.
"Como es muy delgado, no puede disiparse mucho calor a través de él y la distribución de la temperatura que existe es la misma que si el sensor no estuviera allí", explicaron. "Lo que comenzó como una molestia experimental terminó siendo una pista hacia una capacidad de nuestro microscopio que es única entre las alternativas actuales".
"Esta nueva generación de microscopía cuántica tiene un enorme potencial", afirmó el Dr. Mehran Kianinia, investigador principal de la UTS. "No sólo puede funcionar a temperatura ambiente y proporcionar información simultánea sobre la temperatura y los campos eléctricos y magnéticos, sino que puede integrarse sin problemas en dispositivos a nanoescala y soportar entornos muy duros, ya que el hBN es un material muy rígido".
"Las principales aplicaciones futuras incluyen la IRM (imagen por resonancia magnética) y la RMN (resonancia magnética nuclear) de alta resolución, que pueden utilizarse para estudiar las reacciones químicas e identificar los orígenes moleculares, así como aplicaciones en el espacio, la defensa y la agricultura, donde la teledetección y la obtención de imágenes son fundamentales".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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