Cambridge Üniversitesi’nde görev yapan fizikçi bir ekip, kuantum algılamada devrim niteliğinde bir buluşa imza attı. Araştırmacılar, hekzagonal bor nitrür (hBN) içindeki spin kusurlarının, oda sıcaklığında çalışabilen ve nanometre ölçeğinde vektörel manyetik alanları tespit edebilen yeni nesil kuantum sensörler olarak kullanılabileceğini ortaya koydu. Bu önemli çalışma Nature Communications dergisinde yayımlandı.
KUANTUM ALGILAMADA İLERLEME
Cambridge Üniversitesi Cavendish Laboratuvarı’ndan Dr. Carmem Gilardoni, kuantum sensörlerin nanoskaladaki değişimleri tespit edebilme yeteneği sayesinde malzemelerdeki akım akışı ve manyetizasyon gibi özelliklerin görüntülenebildiğini belirtti. Bu gelişmenin, yeni fiziksel özelliklerin ve işlevselliklerin keşfi için büyük bir adım olduğunu ifade eden Gilardoni, hBN malzemesinin bu alandaki potansiyelini vurguladı.
YENİ SENSÖRLERİN ÜSTÜNLÜĞÜ
Bugüne dek nanoölçekli kuantum manyetometri, yalnızca elmastaki azot boşluğu (NV) merkez kusurlarıyla sınırlıydı. Ancak bu teknolojiler, sınırlı dinamik aralık ve tek eksenli algılama gibi bazı temel kısıtlamalara sahipti. Cambridge ekibi tarafından geliştirilen hBN sensörü ise geniş dinamik aralık ve çok eksenli tespit kabiliyeti sunarak mevcut teknolojilere kıyasla önemli bir avantaj sağlıyor.
Araştırmada, bu yeni sensörün performansını sağlayan temel mekanizmalar da detaylı biçimde ele alındı. Elde edilen bulgular, sensörün düşük simetriye sahip yapısı ve tesadüfi uyarılmış optik oranlarının, geniş algılama aralığı ve çok yönlü kullanım yeteneklerinin temelinde yattığını gösterdi.
ATOMSAL HASSASİYET SUNUYOR
İki boyutlu yapısıyla bilinen hBN, sadece birkaç atom kalınlığında soyulabilen bir malzeme olmasıyla dikkat çekiyor. hBN kafesindeki atom ölçekli kusurlar, yerel manyetik ortamlara hassas şekilde görünür ışık emiyor ve yayıyor. Bu özellik, onu kuantum algılama için ideal bir aday haline getiriyor.
Araştırmacılar, optik olarak algılanan manyetik rezonans (ODMR) tekniğini kullanarak hBN kusurlarının manyetik alanlara verdiği yanıtı inceledi. Elde edilen verilerle spin tepkilerini ve foton emisyon dinamiklerini analiz ederek, bu yapının sensör olarak kullanılmasında etkili olan faktörleri net bir şekilde ortaya koydular.
YENİ UYGULAMA ALANLARI
Çalışmada görev alan Dr. Simone Eizagirre Barker, ODMR tekniğinin yeni olmadığını ancak hBN platformu sayesinde bu yöntemin daha önce mümkün olmayan uygulamalarda kullanılabileceğini belirtti. Barker, bu yeniliğin manyetik fenomenlerin ve nanomalzemelerin görüntülenmesinde yeni olanaklar sunduğuna dikkat çekti.
Cavendish Laboratuvarı'ndan Prof. Hannah Stern ise geliştirilen sensörün, yeni malzeme sistemlerindeki manyetik olayların daha önce ulaşılamayan bir mekansal çözünürlükle incelenmesine imkân tanıyabileceğini ifade etti. Stern, sensörün 2D doğasının, atomik düzeyde manyetik alan haritalaması gibi heyecan verici yeni olasılıkları gündeme getirdiğini belirtti.
MALZEME BİLİMİNDE SIÇRAMA
Araştırma, kuantum sensörlerin pratik uygulamalarını genişletme ve ileri düzey manyetik algılama teknolojilerinde yeni bir dönemi başlatma potansiyeline sahip. hBN’nin sunduğu bu yenilikçi yaklaşım, hem bilimsel araştırmalarda hem de ileri teknolojilerde önemli bir rol oynayabilir.
