Ndjekja e atomeve në kohë reale mund të sjellë lloje të reja të materialeve dhe pajisjeve të teknologjisë kuantike

Studiuesit kanë përdorur një teknikë të ngjashme me MRI (Magnetic Resonance Imaging- Imazheri Rezonancë Magnetike) për të ndjekur lëvizjen e atomeve individualë në kohë reale ndërsa ato bashkohen për të formuar materiale dy-dimensionale, të cilat janë një shtresë e vetme e trashë atomike.

Rezultatet, të raportuara në revistën Physical Review Letters, mund të përdoren për të hartuar lloje të reja të materialeve dhe pajisjeve të teknologjisë kuantike. Studiuesit, nga Universiteti i Kembrixhit, kapën lëvizjen e atomeve në një shpejtësi më të lartë, rreth tetë rende të magnitudes, për mikroskopët konvencionalë.

Materialet dy-dimensionale, të tilla si grafeni, kanë potencialin për të përmirësuar performancën e pajisjeve ekzistuese dhe të reja, për shkak të vetive të tyre unike, siç janë përcjellshmëria dhe forca e jashtëzakonshme. Materialet dy-dimensionale kanë një gamë të gjerë zbatimesh të mundshme, nga biosensorët dhe shpërndarja e ilaçeve deri te informacioni kuantik dhe kompjuterizimi kuantik. Sidoqoftë, në mënyrë që materialet dy-dimensionale të arrijnë potencialin e tyre të plotë, vetitë e tyre duhet të akordohen mirë përmes një procesi të kontrolluar të rritjes.

Këto materiale normalisht formohen kur atomet ‘kërcejnë’ mbi një substrat mbështetës derisa të bashkohen me një tufë në rritje. Mundësia për të monitoruar këtë proces u jep shkencëtarëve kontroll shumë më të madh mbi materialet e përfunduara. Sidoqoftë, për shumicën e materialeve, ky proces ndodh kaq shpejt dhe në temperatura aq të larta sa mund të ndiqet vetëm duke përdorur fotografi të një sipërfaqe të ngrirë, duke kapur një moment të vetëm sesa të gjithë procesin.

Tani, studiuesit nga Universiteti i Kembrixhit kanë ndjekur të gjithë procesin në kohë reale, në temperatura të krahasueshme me ato të përdorura në industri.

Studiuesit përdorën një teknikë të njohur si ‘helium spin-echo’, e cila është zhvilluar në Kembrixh gjatë 15 viteve të fundit. Teknika ka ngjashmëri me rezonancën magnetike (MRI), por përdor një rreze atomesh heliumi për të ‘ndriçuar’ një sipërfaqe të synuar, e ngjashme me burimet e dritës në mikroskopët e përditshëm.

“Duke përdorur këtë teknikë, ne mund të bëjmë eksperimente si MRI ndërsa atomet shpërndahen,”- tha Dr Nadav Avidor nga Cambridge’s Cavendish Laborator, autori i vjetër i gazetës. “Nëse mendoni për një burim drite që dërgon fotone në një mostër, pasi ato fotone kthehen në syrin tuaj, ju mund të shihni se çfarë ndodh në mostër.”

Sidoqoftë, në vend të fotoneve, Avidor dhe kolegët e tij përdorin atome heliumi për të vëzhguar se çfarë ndodh në sipërfaqen e kampionit. Ndërveprimi i heliumit me atomet në sipërfaqe lejon që të bëhet e dukshme lëvizja e specieve sipërfaqësore.

Duke përdorur një mostër provë të atomeve të oksigjenit që lëvizin në sipërfaqen e metalit rutenium, studiuesit regjistruan thyerjen dhe formimin spontan të grupeve të oksigjenit, vetëm disa atome në madhësi dhe atome që difuzohen shpejt midis grupeve.

“Kjo teknikë nuk është e re, por asnjëherë nuk është përdorur në këtë mënyrë, për të matur rritjen e një materiali dy-dimensional,”- tha Avidor. “Nëse shikoni prapa në historinë e spektroskopisë, sondat e bazuara në dritë revolucionarizuan mënyrën se si e shohim botën, dhe hapi tjetër; sondat e bazuara në electron; na lejuan të shohim edhe më shumë.

“Tani po hedhim një hap tjetër përtej kësaj, te sondat me bazë atomi, duke na lejuar të vëzhgojmë më shumë fenomene të shkallës atomike. Përveç dobisë së saj në hartimin dhe prodhimin e materialeve dhe pajisjeve të ardhshme, unë jam i ngazëllyer për të zbuluar se çfarë tjetër do të mund të shohim.”