Forskere afslører 3D-teknik med høj følsomhed ved hjælp af single-atom-målinger

Forskere ved Griffith University, der arbejder med Australiens Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), har afsløret en fantastisk præcis teknik til videnskabelige målinger, der bruger et enkelt atom som sensor, med følsomhed ned til 100 zeptoNewtons.

Ved hjælp af meget miniaturiserede Fresnel -objektiver i segmenteret stil - det samme design, der blev brugt i fyrtårne ​​i mere end et århundrede - som muliggør usædvanligt højkvalitetsbilleder af et enkelt atom, forskerne har kunnet detektere positionsforskydninger med nanometerpræcision i tre dimensioner.

"Vores atom mangler en elektron, så det er meget følsomt over for elektriske felter. Ved at måle forskydningen, Vi har bygget et meget følsomt værktøj til måling af elektriske kræfter. "Dr. Erik Streed, fra Center for Quantum Dynamics, forklaret.

"100 zeptoNewtons er en meget lille kraft. Det er omtrent det samme som tyngdekraften mellem en person i Brisbane og en person i Canberra. Den kan bruges til at undersøge, hvad der sker på overflader, som vil hjælpe med at miniaturisere kvantecomputere af ionfældetype og andre kvanteenheder. "

Griffith -forskere har været banebrydende for anvendelsen af ​​sådanne linser i kvantefysik siden 2011, men det er første gang, de er blevet brugt til at opnå så høje nøjagtighedsniveauer til at mærke kræfterne, der påvirker et bestemt atom.

Ved bevidst at flytte deres optik lidt ude af fokus, forskerne var i stand til at måle forskydninger i alle tre dimensioner, med den tredje retning bestemt af, om atomet skiftede tilbage i fokus eller længere ude af fokus.

Sammen med forskningens anvendelser til magnetisk grundfysik, atomar, kvante- og overfladefænomener, Dr Streed arbejder også som en del af Griffith's Institute for Glycomics for at tilpasse denne slags kvanteteknologier til medicinsk og biologisk forskning.

"Med Institute for Glycomics er jeg også interesseret i at udvikle dette til et værktøj til at måle de elektriske felter uden for et enkelt isoleret biomolekyle, som dipolmomentet, som en ny måde at hjælpe med at forstå, hvordan de opfører sig, " han sagde.

Den øgede nøjagtighed af teknikken skyldes netop brugen af ​​et soloatom som en 'sonde' ved opnåelse af disse målinger. Tidligere teknikker svarende til denne brugte mange atomer som den elektriske kraftsensor og var begrænset til kun en dimension.

"En enkelt-atom 3D sub-attonewton kraftsensor" vises i 23. marts 2018-udgaven af Videnskab fremskridt .