연구원들은 나노 규모 영역에서 물체를 더 잘 볼 수 있는 프로세스를 개발합니다.

2023년 7월 17일

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네브라스카-링컨 대학교 칼 보겔(Karl Vogel)

동일한 연구자들로 구성된 한 쌍의 다학문적 팀은 과학자들이 나노 규모를 더 잘 살펴보고 양자 영역의 가능성을 활용할 수 있는 프로세스를 개발하고 있습니다.

두 프로젝트에는 각각 5월 같은 주에 연구 저널에 논문이 게재되었으며 네브래스카 대학-링컨 대학의 여러 학문 분야(기계 및 재료 공학, 전기 및 컴퓨터 공학, 화학, 물리학 및 천문학)의 교수 및 대학원생 연구원이 포함되었습니다.

각 팀은 "새로운 창발 양자 재료 및 현상의 발견을 안내하고 발견을 촉진"하는 연구를 위해 여러 기관에 걸쳐 20명의 교수진으로 구성된 네브래스카주 후원 코호트인 Emergent Quantum Materials and Technologies(EQUATE)의 지원을 받습니다.

두 팀의 연구원이자 기계 및 재료 공학 조교수인 Abdelghani Laraoui는 "다학제적 접근 방식은 우리 모두가 성공에 필수적인 한 가지 측면에 집중할 수 있게 해주기 때문에 이러한 프로젝트에 효과적입니다."라고 말했습니다. "이 프로젝트는 양자 연구의 가능성을 향상시키고 있습니다."

ACS Nano의 5월 9일 판에는 저자가 개별 철-트리아졸 스핀 크로스오버 나노막대 및 나노입자 클러스터의 자기 특성을 연구하기 위해 질소 공극 기반 자기 측정법을 사용하는 새로운 기술을 자세히 설명하는 논문이 실렸습니다.

이러한 자성 분자에 대한 이전 연구는 주로 벌크 형식(용액 또는 분말)에서 수행되었으므로 약한 표유 자기 신호로 인해 개별 자성 거동을 연구하기가 어려웠습니다.

연구원들은 초고감도 양자 센서가 도핑된 다이아몬드 기판에 철 트리아졸 나노입자를 떨어뜨렸습니다. 녹색 광선이 기판을 가로질러 발사되면 NV는 나노막대와 나노입자가 있을 때 다양한 속도로 빨간색 빛을 발산합니다. 형광의 이러한 변화는 해당 영역을 조명하고 적용된 자기장, 마이크로파 주파수 및 온도의 함수로 초고해상도 카메라를 사용하여 개별 나노입자 수준에서 철-트리아졸 스핀을 추적할 수 있습니다.

Laraoui는 팀의 연구에 따르면 이 기술이 인간의 머리카락보다 약 5,000배 작은 20나노미터 미만의 이미징 능력과 10나노미터만큼 낮은 감도를 향상시키는 것으로 나타났습니다.

Laraoui 팀은 "열 스위치"와 "영구 자석"을 사용하여 개별 나노 막대의 스핀 상태를 제어하고 자성 수준과 생성되는 표유 자기장을 모두 조절할 수 있다고 말했습니다. 이러한 표유 자기장은 매우 약하므로 자기력 현미경과 같은 전통적인 기술을 사용하여 측정하기가 더 어렵습니다.

모든 분자에는 철과 같은 전이 금속을 포함하여 자성을 띠는 구성 요소가 있으며 이러한 구성 요소의 스핀은 온도에 따라 다르게 행동한다고 ​​Laraoui는 말했습니다. "낮은 온도에서는 스핀이 서로 상쇄되기 때문에 자기 신호가 없습니다.

"온도와 자기장뿐만 아니라 자성 분자의 스핀을 전환하는 방식으로인가되는 전압으로도 이것을 제어할 수 있습니다."

Laraoui는 NV 기술을 통해 나노미터 규모에서 아직 탐구되지 않은 자기 및 물리학 현상을 연구할 수 있으며 양자 감지, 분자 스핀 전자공학, 바이러스학 및 뇌 과학 연구와 같은 의학 분야에서 획기적인 발전을 이룰 수 있을 것이라고 말했습니다.