روش جدید برای ساخت حسگر کوانتومی قادر به تشخیص انواع سیگنال‌های الکترومغناطیس

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از پایگاه خبری فیزیک در آمریکا، حسگرهای کوانتومی که کوچک ترین گونه‌های مختلف در میدان‌های مغناطیسی یا الکتریکی را ردیابی می‌کنند، سنجش‌ها و اندازه‌گیری‌های دقیق را در مهندسی مواد و فیزیک بنیادی امکان‌پذیر کرده‌اند.

اما این حسگرها تنها قادر بوده‌اند چند فرکانس مشخص و معدود از این میدان‌ها را شناسایی و ردیابی کنند که این مساله موجب شده کارایی‌ آنها محدود باشد.

اکنون پژوهشگران دانشگاه ام آی تی (MIT) روشی ابداع کرده‌اند که موجب می‌شود این حسگرها هرگونه فرکانسی را شناسایی کنند بدون اینکه توانایی خود برای اندازه‌گیری ویژگی‌های در مقیاس «نانو-متر» را از دست بدهند. این شیوه جدید در نشریه «مرور فیزیکی» (Physical Review X) انتشار یافته است.

حسگرهای کوانتومی می‌توانند اشکال بسیاری داشته باشند،‌ آنها سامانه‌هایی هستند که در آنان برخی ذرات در وضعیتی با توازنی چنان ظریف هستند که حتی با تفاوت‌های بسیار کوچک در میدان‌هایی که در معرض آنها هستند، تحت تاثیر قرار می‌گیرند. آنها می‌توانند شکل اتم‌های خنثی، یون‌های مجزا و چرخش‌های حالت جامد (solid-state spins) را به خود بگیرند و تحقیقات با استفاده از چنین حسگرهایی با سرعت افزایش یافته است.

به عنوان مثال، فیزیک‌دان‌ها از آنها برای تحقیق درباره حالت‌های عجیب مواد از جمله حالت موسوم به «کریستال‌های زمان» و مراحل مکان شناسی (توپولوژیک) استفاده می‌کنند. برخی محققان نیز از آنها برای وسایل عملی مانند حافظه تجربی کوانتومی یا وسایل محاسباتی استفاده می‌کنند. اما بسیاری دیگر از پدیده‌های جالب و کاربردی در حیطه گستره وسیع‌تری از فرکانس‌ها قرار دارند که حسگرهای کوانتومی امروزی قادر به ردیابی آنها نیستند.

سامانه جدیدی که این تیم محققان طراحی کرده است موسوم به «ترکیب‌کننده کوانتومی» است و یک فرکانس دوم را با استفاده از امواج میکرو وارد حسگر می‌سازد. این موجب می‌شود که فرکانس میدان تحت بررسی به یک فرکانس دیگر تبدیل شود و این فرایند ساده حسگر را قادر می‌سازد که با هر فرکانسی مطابقت پیدا نماید بدون اینکه حساسیت‌های مقایس نانومتری خود را از دست بدهد.

این سامانه می‌تواند کاربردهای جدیدی در حوزه‌های پزشکی ( biomedical fields) داشته باشد زیرا طیف فرکانس‌های فعالیت‌های الکتریکی یا مغناطیسی در سطح یک سلول مجزا را قابل دسترس می‌سازد. این سامانه همچنین می‌تواند برای بررسی دقیق رفتار مواد عجیب مانند مواد دوبُعدی (2D) مورد استفاده قرار گیرد.