Создан наносенсор, позволяющий «видеть» атомы без громоздких лазеров
Ключевая проблема квантовых сенсоров — их зависимость отгромоздкой и капризной оптики — получила элегантное инженерное решение. Исследователииз TU Wien создали полностью электромеханическую систему (NEMS) на основевакуумного конденсатора с рекордным зазором в 32 нанометра, что открывает путьк массовому производству компактных атомно-силовых микроскопов.
Вместо того чтобы считывать колебания зонда лазером,австрийские инженеры использовали принцип прямого параметрического сопряжения.В основе их устройства лежит сверхминиатюрный вакуумный конденсатор, где однаиз алюминиевых пластин является подвижной мембраной. Любое ее смещение,вызванное атомными силами, изменяет емкость, что мгновенно регистрируется какизменение резонансной частоты всего электрического контура. Сила этой связинапрямую зависит от зазора между пластинами, и его уменьшение до рекордных 32нм позволило достичь беспрецедентной чувствительности.
Технологическим прорывом стала не только миниатюризация, нои производственный процесс. Вся структура изготавливается на стандартныхкремниевых подложках, что обеспечивает полную совместимость с существующейтехнологией CMOS. Это кардинально снижает потенциальную стоимость и открываетвозможность для крупносерийного производства, в отличие от штучных лабораторныхобразцов. Интеграция пьезоэлектрического привода из нитрида алюминия (AlN)обеспечивает точное управление колебаниями мембраны без внешнего воздействия.
Главное преимущество разработанной NEMS-платформы — еепрактичность. Она не только полностью исключает необходимость в сложныхоптических системах, но и эффективно работает при комнатной температуре. Этоустраняет одно из главных препятствий для широкого внедрения квантовыхтехнологий — требование криогенного охлаждения до температур, близких кабсолютному нулю.
Представленная работа является не просто демонстрациейрекордно малого компонента, а созданием универсальной платформы для новогопоколения квантовых датчиков. Эта технология способна произвести революцию ватомно-силовой микроскопии, сделав ее более доступной и компактной, а такжестать основой для высокопроизводительных сенсоров в медицине, материаловедениии фундаментальной науке.
Источник:Advanced Materials Technologies