Mesures cent vegades més precises a nivell de nanoescala

La precisió de mesurar les estructures nanoscòpiques es pot millorar substancialment gràcies a la investigació en sensors òptics que porten a terme la Universitat de Warwick i els investigadors de QuantIC de la Universitat de Glasgow i la Universitat Heriot Watts.
QuantIC és el Centre de Tecnologia Quantica del Regne Unit a Quantum Enhanced Imaging i forma part del Programa Nacional de Quantum Technologies del Regne Unit.
Utilitzant parells de fotons com a components fonamentals de l'energia que conformen la llum, els investigadors han concebut una manera de mesurar el gruix d'objectes que són menys d'un 1/100.000 d'amplada d'un cabell humà.
La nova tècnica consisteix a disparar dos fotons idèntics propers a un component conegut com a transmissor de llum i controlar el seu comportament posterior, amb uns 30.000 fotons detectats per segon i 500.000 en ús durant tot un experiment.
A causa de la tendència de fotons idèntics a buddy up i que continuen viatjant junts -és el resultat d'un delicat efecte d'interferència quàntica-, la nova configuració dels investigadors ofereix la mateixa precisió i estabilitat que les tècniques existents d'un fotó que, a causa dels equips necessaris, són més costoses.
Oferint una sèrie d'usos potencials, inclosa la recerca per comprendre millor les membranes cel·lulars i l'ADN, així com el control de qualitat per a materials nanoscòpics de 2D d'un únic gruix d'àtoms, com el grafè, la nova recerca també és una millora notable en les tècniques actuals de dos fotons amb una resolució millor de 100x.

Per mesurar el gruix d'un objecte transparent (qualsevol objecte a través del qual pugui passar un fotó), cadascun d'un parell de fotons idèntics es dispara per camins separats:
El fotó A continua en un transmissor de velocitat, mentre que el fotó B, s'alenteix amb un objecte transparent abans d'entrar al mateix generador de feix.
Es registra la probabilitat que els fotons surtin del conjunt d'amples junts permetent així, als investigadors mesurar el gruix de l'objecte transparent que ha passat el fotó B. A mesura que s'incrementa el gruix de la mostra, els fotons tenen més probabilitats de sortir del separador de feix per separat.
El doctor George Knee, del Departament de Física de la Universitat de Warwick, que va desenvolupar la teoria darrere del nou mètode, va dir: "El que és realment interessant sobre aquests resultats és que ara podem investigar objectes a nanoescala amb un sensor òptic que funciona amb un efecte físic fonamentalment diferent".

Fins ara, l'anomenada interferència de dos fotons no havia estat capaç d'aconseguir una resolució tan gran, és a dir, que s'estava atrapat amb alguns dels desavantatges dels mètodes establerts basats en la interferència d'un fotó individual -que requereix una tecnologia més cara que la tècnica amb de dos fotons.
S'ha aconseguit una gran millora ajustant l'interferòmetre a un mode operatiu més sensible i eliminant la deriva lenta canviant repetidament la mostra dins i fora.
Per tant, un dels avantatges de ser impermeables a fluctuacions de fase i tenir un rang dinàmic gran, fan que aquests sensors puguin tenir un gran impacte en la imatge biològica i la recerca associada que s'introdueixi. El co-investigador de QuantIC i investigador principal del projecte, el professor Daniele Faccio, que va utilitzar la seva tecnologia de detecció de dos fotons per generar dades va dir: "Els resultats de la nostra col·laboració amb la University of Warwick ofereixen un ventall d'usos potencials, incloent la recerca per comprendre millor les membranes cel·lulars i l'ADN, així com un control de qualitat per a materials nanoscòpics de 2D d'un únic gruix d'àtom, com el grafè. Això permet avançar en l'obtenció d'imatges quàntiques i ajudar a mantenir la posició del Regne Unit en el desenvolupament de noves tecnologies quàntiques".

Font: Universitat de Warwick