ÚJF zkoumá možnosti mimořádně citlivých kvantových senzorů

Výzkum v Ústavu jaderné fyziky AV ČR ukazuje, jak lze s využitím urychlených nabitých částic (iontů) produkovaných urychlovačem Tandetron měnit vlastnosti materiálů s na atomární úrovni cíleným vytvářením defektů, na úrovni nano metrů a mikrometrů s využitím iontového ozařování a iontové litografie. Tyto postupy jsou klíčové pro vývoj nových senzorických materiálů miniaturizovaných multifunkčních senzorických zařízení a výhledově pro výzkum a vývoj mimořádně citlivých kvantových senzorů. Výzkum má potenciál využití v medicíně, průmyslu i v moderních technologiích budoucnosti.

Prof. Anna Macková o kvantových senzorech publikovala článek v magazínu Academix Revue. Ve své práci přibližuje, jak technologie iontových svazků s vysokými energiemi mohou být klíčem k cílené přípravě materiálů, umožňují detekovat velmi slabé fyzikální jevy.  Výzkum kvantových technologií z perspektivy iontové fyziky a materiálového výzkumu se na ÚJF rozvíjí dlouhodobě.

Vznik čísla Academix Revue, věnovaného kvantovým jevům, byl podpořen z projektu AMULET, jehož se ÚJF účastní jako partner.

Iontové metody v experimentální praxi ÚJF

Prof. Anna Macková v eseji přibližuje základní principy kvantové senzoriky, založené na citlivosti kvantových stavů k vnějším podnětům. Pozornost je věnována defektům v krystalových mřížkách pevných látek, které vytvářejí lokalizované elektronové stavy citlivé na elektromagnetická pole, teplotu nebo chemické složení okolí. Tyto struktury umožňují detekci velmi nízkých koncentrací látek, které jsou klasickými metodami obtížně měřitelné. Pomocí iontových svazků lze tyto defekty cíleně vytvářet a kontrolovat jejich rozmístění i koncentraci.

Esej se věnuje mimořádně zajímavé oblasti moderní fyziky pevných látek: specifickým defektům v krystalových mřížkách, které mohou fungovat jako řízené kvantové systémy. Patří mezi ně například centra typu dusík–vakance v diamantu. Prof. Macková v textu představuje také kvantové tečky a další nanostruktury, jejichž optické a elektronové vlastnosti lze cíleně upravovat volbou energie a dávky implantovaných iontů. Tyto řízené defekty a nanostruktury dnes představují jeden z klíčových stavebních kamenů pro vývoj kvantových technologií, senzoriky i nové generace polovodičových zařízení. Významnou roli v popsaném výzkumu hraje urychlovač Tandetron, jediné zařízení svého druhu v České republice. Urychlovač umožňuje produkci iontových svazků v širokém energetickém a hmotnostním rozsahu. Díky přesnému nastavení experimentálních parametrů lze ovlivňovat hloubku implantace i míru strukturálních změn materiálů, od jemného ladění kvantových vlastností až po hlubší modifikace.

Esej prof. Mackové si můžete přečíst zde. 

Přečtěte si také

• Ústav jaderné fyziky AV ČR zaznamenal důležitý milník v projektu AlphaStar
• Předseda Akademie věd Radomír Pánek navštívil Ústav jaderné fyziky AV ČR
• ÚJF pomáhá vylepšovat lithium-iontové baterie
• Změna adresy sídla Ústavu jaderné fyziky AV ČR
• Časopis Jaderná energie mapuje 70 let ÚJF
• Mikrotron MT25 v reportáži České televize
• Ústav jaderné fyziky spolupořádá konferenci k 80. narozeninám prof. Pavla Exnera
• Spuštění CANAM User portal 2.0
• Spuštění CANAM User portal 2.0
• Zasedání Vědeckého poradního sboru projektu FAIR-CZ ve Vile Lanna