Создан новый сверхвысокочувствительный датчик, измеряющий малые силы при помощи единственного атома - «Наука и технологии»

Исследователи из университета Гриффита (Griffith University), работавшие совместно с учеными из австралийской научно-исследовательской организации CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), разработали новую высокоточную технологию научных измерений. В этой технологии в качестве чувствительного элемента используется один единственный атом, что, в свою очередь, позволяет датчику измерять силы с чувствительность менее 100 зептоНьютонов. В датчике также используются миниатюрные сегментированные линзы Френеля (Fresnel lenses), которые позволяют получить достаточно высококачественные изображения атома, по которым можно вычислить смещение его положения с нанометровой точностью во всех трех пространственных измерениях.

"У атома датчика отсутствует один электрон, таким образом, он очень чувствителен по отношению к электрическим полям" - рассказывает доктор Эрик Стрид (Dr Erik Streed), ученый из Центра квантовой динамики, - "Измеряя смещение положения атома, мы можем с очень высокой точностью вычислить величину действующих на атом сил электрической природы".

"100 зептоНютонов - это очень маленькая сила. Она эквивалентна силе притяжения, возникающей между двумя людьми, находящимися на разных сторонах Австралии" - рассказывает доктор Стрид, - "Датчик, обеспечивающий такую разрешающую способность, может использоваться для исследований того, что происходит на поверхности материалов, которые могут быть использованы для создания миниатюрных квантовых вычислительных и других устройств".

Исследователи из Гриффита имеют достаточно богатый опыт использования линз Френеля в квантовой физике. Они начали работать с такими линзами с 2011 года, но данный случай является первым разом использования этих линз для получения высокой точности измерений сил, действующих на единственный атом. Преднамеренно создав небольшую расфокусировку оптической системы, ученые смогли измерить значение смещения положения атома в трех измерениях. Это смещение измерялось как изменение уровня расфокусировки изображения атома.

"Дальнейшее развитие данной технологии может привести к созданию нового инструмента, способного измерять электрические поля, создаваемые единственной изолированной от окружающей среды биомолекулы. Это, в свою очередь, позволит нам узнать намного больше о функциях и поведении каждого вида таких молекул".

Отметим, что новая технология измерения сил является развитием технологий предыдущего поколения, в которых в качестве чувствительного элемента использовались группы атомов и которые могли измерять силы только в одном из пространственных измерений.