In een baanbrekende prestatie hebben onderzoekers van de Universiteit van Cambridge een kwantumsensor onthuld gemaakt van hexagonaal boornitride (hBN). Deze innovatieve sensor belooft de detectie van magnetische velden op de nanoschaal te revolutioneren, waardoor ongekende beeldvormingsmogelijkheden ontstaan. De ontdekking, gepubliceerd in Nature Communications, markeert een aanzienlijke sprong voorwaarts in de kwantumtechnologie.
De op hBN gebaseerde sensor kan magnetische velden op de nanoschaal in meerdere richtingen detecteren, wat een breder dynamisch bereik biedt dan eerdere op diamant gebaseerde sensoren. “Kwantumsensoren stellen ons in staat om variaties op nanoschaal van verschillende grootheden te detecteren”, legt Dr. Carmem Gilardoni, co-eerste auteur van de studie, uit. “Dit werk brengt die mogelijkheid naar een hoger niveau met behulp van hBN, een materiaal dat niet alleen compatibel is met toepassingen op nanoschaal, maar ook nieuwe graden van vrijheid biedt.”
In tegenstelling tot op diamant gebaseerde sensoren, die beperkingen hebben bij het detecteren van magnetische velden langs een enkele as, overwint de hBN-sensor deze uitdagingen. De onderzoekers ontdekten dat het brede dynamische bereik van de sensor en het vermogen om vectoriële magnetische velden te detecteren, voortkomen uit de lage symmetrie van de hBN-defecten en hun gunstige optische eigenschappen in aangeslagen toestand. Deze vooruitgang zou kunnen leiden tot een dieper begrip van magnetische verschijnselen en nanomaterialen.
hBN, een tweedimensionaal materiaal dat lijkt op grafeen, is ideaal voor kwantumsensortoepassingen. De atomaire defecten absorberen en zenden zichtbaar licht uit, waardoor het gevoelig is voor lokale magnetische omstandigheden. Het team gebruikte optisch gedetecteerde magnetische resonantie (ODMR) om de respons van de sensor op magnetische velden te bestuderen. Deze techniek maakt het mogelijk om magnetische verschijnselen en nanomaterialen op een manier in beeld te brengen die voorheen onmogelijk was.
“Deze sensor zou de deur kunnen openen voor het bestuderen van magnetische verschijnselen in nieuwe materiaalsystemen, of met een hogere ruimtelijke resolutie dan voorheen is gedaan”, aldus prof. Hannah Stern, die het onderzoek mede leidde. De atomair dunne aard van hBN opent ook spannende mogelijkheden voor ruimtelijke mapping van magnetische velden op atomair niveau, wat de weg vrijmaakt voor baanbrekende ontdekkingen op verschillende gebieden.