Bilgisayar yongalarından kuantum noktalarına kadar-Teknolojik platformlar sadece silikon veya daha karmaşık yarı iletken malzemeler gibi kullanılmış katı hal malzemelerinin ayrıntılı bir şekilde anlaşılması sayesinde mümkün oldu. Bu anlayış aynı zamanda bu tür malzemelerin kristal kafesindeki düzensizlikleri tanımlayabilmeyi ve kontrol edebilmeyi de içerir.
Örneğin, kristallerin kafes yapısında bir atom eksikse, tek bir elektron ve böylece orada bir elektrik yükü sıkışabilir. Bu yük tuzakları, bu malzemelerin işlevselliğini sınırlayan elektromanyetik gürültü üretir. Bununla birlikte, bu yük tuzaklarını atomik bir ölçekte bulmak son derece zordur.
Prof. Dr. Tim Schröder tarafından yönetilen Ferdinand-Braun-Institut’ta Humboldt-Universität Zu Berlin (HU) ve “Ortak Lab Diamond Nanofotonik” Fizik Bölümü’ndeki “Entegre Kuantum Fotonik” Grubu’ndan araştırmacılar, bu tür bireysel elektriksel şarjları daha önce olduğu gibi daha önce tespit edebilecek yeni bir sensör geliştirdiler.
Bunu başarmak için, kristal kafeste bir kusura güveniyorlardı – ışığı emme ve yayma yetenekleri nedeniyle renk merkezleri olarak da adlandırılan yabancı bir atomla birlikte iki boşluk. Bu tür optik olarak aktif renk merkezlerinin, malzeme özellikleri hakkında bilgi edinmek için sensörler olarak kullanılabileceği zaten bilinmektedir; Bununla birlikte, yeni geliştirilen sensör, ayrı elektrik yüklerinin daha hassas bir şekilde tespit edilmesine izin verir.
Araştırmacılar, yapay elmastan yapılmış dikdörtgen bir malzemeye bir renk merkezi yerleştirdiler. Yapay elmasta renk merkezi tarafından yayılan ışığın rengindeki en ufak değişikliklerin gözlemlenmesi, tek tek elektronların yük tuzaklarını lokalize etmek için ana mekanizmadır. Renk merkezi, elektrik alanlarına özgü bir duyarlılık ile karakterizedir.
Sensörün yakınında tek bir yük yakalanırsa, renk değişiklikleri açıkça görülebilir; Ancak suçlamalar sadece biraz daha uzaktaysa, neredeyse hiçbir değişikliğe neden olmazlar. Bu, bireysel kusurların son derece hassas bir şekilde belirlenmesini sağlar. Buna ek olarak, yöntem, ölçümü bir saniyenin milyonuna kadar düzenli aralıklarla tekrarlayarak yüklerin gerçek zamanlı izlenmesine izin verir.
Patent uygulaması: kuantum çağındaki malzeme bilimi araştırmacıları için araç
Araştırmacılar son zamanlarda çalışmalarını dergide yayınladılar Doğa İletişimisensörün özelliklerini göstermek. Ayrıca, kristal bir kafeste şarj tuzaklarını bulmak için yöntem ve cihaz için Almanya ve ABD’de bir patent için başvuruda bulundular.
“Bu cihaz, malzeme bilimi araştırmacıları için yeni bir araçtır. Daha önce gözlemleyemediğimiz, görünür ve onları anlamamıza yardımcı olduğumuz fiziksel süreçleri yapar. Bunun nedeni, kristal kusurlarla etkileşimini çok daha hassas bir şekilde bulabiliriz ve sensör için yazılım ve metodolojik temel geliştiren Dr. Gregor Pieplow.
“Sensörün potansiyeli bunun ötesine geçiyor,” diye ekliyor deneyin tasarımı ve kurulumu üzerinde çalışan Cem Gücney Torun. “Renk merkezlerinin mikroskobik elmas uçlarına entegrasyonu, çok çeşitli malzemeleri analiz etmeyi ve gerçekten atomik, zamana bağlı ve hızlı bir tarama sensörünü gerçekleştirmeyi mümkün kılacaktır.”
