Команды EQUATE разрабатывают процесс, позволяющий лучше заглянуть в наномасштабы

17 июля 2023 г. · чтение 5 минут

Пара междисциплинарных команд, в состав которых входят многие одни и те же исследователи, разрабатывает процессы, которые позволяют ученым лучше проникнуть в наномасштабы и использовать возможности квантовой сферы.

В каждом из двух проектов были опубликованы статьи в престижных исследовательских журналах на одной и той же неделе мая, и в них участвуют преподаватели и аспиранты нескольких академических факультетов Университета Небраски-Линкольн — машиностроения и материаловедения, электротехники и вычислительной техники, химии, физики и астрономии.

«Многодисциплинарный подход работает для этих проектов, потому что он позволяет нам всем сосредоточиться на одном аспекте, который жизненно важен для его успеха», — сказал Абдельгани Ларауи, доцент кафедры машиностроения и материаловедения и исследователь обеих команд. «Эти проекты расширяют возможности квантовых исследований».

В выпуске ACS Nano от 9 мая была опубликована статья, в которой авторы подробно описывают свою новую технику использования магнитометрии на основе вакансий азота для изучения магнитных свойств отдельных наностержней спин-кроссовера железа и триазола и кластеров наночастиц.

Предыдущие исследования этих магнитных молекул в основном проводились в объемном формате (раствор или порошок), что затрудняло изучение их индивидуального магнитного поведения из-за их слабого рассеянного магнитного сигнала. Исследователи поместили наночастицы триазола железа на алмазную подложку, легированную сверхчувствительными квантовыми датчиками. Когда луч зеленого света попадает на подложку, НВ излучают красный свет с различной скоростью в присутствии наностержней и наночастиц. Это изменение флуоресценции освещает область и позволяет камере сверхвысокого разрешения в зависимости от приложенного магнитного поля, микроволновой частоты и температуры отслеживать спины железа и триазола на уровне отдельных наночастиц.

Ларауи сказал, что исследования команды показывают, что этот метод улучшает возможности визуализации до уровня ниже 20 нанометров — примерно в 5000 раз меньше человеческого волоса — и, возможно, чувствительность до 10 нанометров.

По словам Ларауи, используя «тепловой переключатель» и «постоянный магнит», команда смогла контролировать состояния вращения отдельных наностержней и регулировать как уровни их магнетизма, так и создаваемые ими рассеянные магнитные поля. Эти поля рассеяния очень слабы и затрудняют измерение с помощью традиционных методов, таких как магнитно-силовая микроскопия.

«Любая молекула имеет компоненты, включая переходные металлы, такие как железо, которые являются магнитными, и спин этих компонентов ведет себя по-разному в зависимости от температуры», — сказал Ларауи. «При более низкой температуре спины не имеют магнитного сигнала, потому что они нейтрализуют друг друга.

«Вы можете контролировать это не только с помощью температуры и магнитного поля, но и с помощью напряжения, приложенного таким образом, чтобы переключать спины магнитных молекул».

Ларауи сказал, что метод NV позволит изучать неизведанные магнитные и физические явления в нанометровом масштабе и, вероятно, приведет к прорывам в области квантового зондирования, молекулярной спиновой электроники и таких областей медицины, как вирусология и исследования в области науки о мозге.

В эту команду входят:

Преподаватели Небраски: Абдельгани Ларауи, доцент кафедры машиностроения и материаловедения; Ребекка Лай, доцент кафедры химии; Си-Хван Лиу, профессор физики и астрономии; Иньшэн Го, доцент кафедры химии; и Илья Фесченко из Латвийского университета.

Аспиранты Небраски: Сувечья Ламичхане, физика и астрономия; Кейли МакЭлвин, химия; Адам Эриксон и Рупак Тималсина, инженеры-механики и материалы; и постдокторант химии Шуо Сунь.

Исследователи из второй команды использовали новый ультратонкий материал-хозяин, чтобы увеличить яркость однофотонных излучателей на 200%. Их статья была опубликована в выпуске журнала Advanced Optical Materials от 3 мая.