Ciekawa innowacja prosto z UW!

Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego w unikalny sposób wykorzystali nanodiamenty i światłowody do precyzyjnego pomiaru pól magnetycznych. Ich wynalazek może znaleźć zastosowanie m.in. w biotechnologii, spintronice, technologiach kwantowych.

Zespół z Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki na łamach pisma „Sensors and Actuators A: Physical” przedstawił nowatorski system precyzyjnego pomiaru pola magnetycznego. W swoim pomyśle badacze wykorzystują specjalny rodzaj diamentów i nietypowe światłowody.

Jak wyjaśniają, optyczne pomiary magnetyzmu oferują dokładność nieosiągalną innymi metodami, a co więcej - działają nawet w obecności silnego tła, np. pola magnetycznego Ziemi.

„Magnetometria za pomocą diamentu już znalazła zastosowanie, ale przyrządy, które taki pomiar realizują – mikroskopy konfokalne – są skomplikowanymi i najczęściej drogimi urządzeniami, co ogranicza ich zastosowanie do warunków laboratoryjnych. Mimo to zastosowania te są niezwykle atrakcyjne – możliwy jest np. pomiar rozkładu pola magnetycznego (który w prosty sposób przekłada się na pomiar temperatury) wewnątrz pojedynczych żywych komórek, albo w układach scalonych wykorzystujących tzw. spintronikę i technologie kwantowe” – o tego typu metodach opowiada PAP jeden z autorów nowej publikacji, prof. Mariusz Klimczak.

Nowość polega na połączeniu specjalnych diamentów zawierających centra barwne NV i światłowodów antyrezonansowych.

„Centra barwne NV, inaczej azot-wakancja, to takie defekty sieci krystalicznej diamentu, w których miejsce jednego atomu węgla w tej sieci zajmuje atom azotu, a miejsce obok pozostaje puste (tzw. „wakancja” albo „wakans”). W zależności od ilości elektronów wokół centrum NV, może ono mieć ładunek obojętny, dodatni lub ujemny(-). Najistotniejszą cechą centrów barwnych NV(-) jest to, że pewne charakterystyki ich emisji czerwonego światła zależą od pola magnetycznego, w jakim znajduje się diament” – wyjaśnia naukowiec.

Światłowody rezonansowe to natomiast takie transmitujące światło włókna, których rdzeń - zamiast zawierać szkło - jest pusty. Otacza go płaszcz z bardzo cienkich szklanych membran.

„Zaledwie kilka grup na świecie potrafi wytwarzać światłowody antyrezonansowe z rdzeniem powietrznym (np. brytyjski University of Southampton czy University of Bath, jest jeszcze garstka grup z Francji, Niemiec i Chin). Te zastosowane w naszych badaniach powstały w naszej grupie w Warszawie” – podkreśla prof. Klimczak.

Jego zespół na wewnętrznej ściance takich światłowodów umieszcza reagujące na pole magnetyczne i wpływające na transport światła diamentowe nanodrobiny. Układ złożony z takich światłowodów może nie tylko mierzyć siłę pola magnetycznego, ale także jego gradient, czyli zmiany w przestrzeni.

„Wyniki te uzyskaliśmy w warunkach laboratoryjnych, którym daleko do praktycznego zastosowania np. przez specjalistów jakiejś dziedziny elektroniki czy biotechnologii. Niemniej jednak pokazują one nowy potencjał unikatowych światłowodów, dotychczas poważniej rozważanych jedynie w dość niszowych aplikacjach telekomunikacyjnych” – zwraca uwagę naukowiec.

Więcej informacji w artykule źródłowym (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092442472300170X?fbclid=IwAR2).

PAP/ as/