I team di EQUATE sviluppano un processo per vedere meglio nella nanoscala

17 luglio 2023 · 5 minuti di lettura

Un paio di team multidisciplinari con molti degli stessi ricercatori stanno sviluppando processi che consentano agli scienziati di vedere meglio la nanoscala e sfruttare le possibilità del regno quantistico.

Ciascuno dei due progetti ha avuto articoli pubblicati su prestigiose riviste di ricerca nella stessa settimana di maggio e comprende docenti e ricercatori laureati provenienti da diversi dipartimenti accademici dell'Università del Nebraska-Lincoln: ingegneria meccanica e dei materiali, ingegneria elettrica e informatica, chimica, fisica e astronomia.

“L’approccio multidisciplinare funziona per questi progetti perché consente a tutti noi di concentrarci su un aspetto vitale per il loro successo”, ha affermato Abdelghani Laraoui, assistente professore di ingegneria meccanica e dei materiali e ricercatore di entrambi i team. “Questi progetti stanno facendo avanzare ciò che è possibile fare per la ricerca quantistica”.

L'edizione del 9 maggio di ACS Nano presentava un articolo in cui gli autori descrivono in dettaglio la loro nuova tecnica che utilizza la magnetometria basata sui posti vacanti di azoto per studiare le proprietà magnetiche dei singoli nanotubi con spin crossover ferro-triazolo e dei cluster di nanoparticelle.

Precedenti studi su queste molecole magnetiche sono stati condotti principalmente su un formato sfuso (soluzione o polvere), rendendo difficile studiare il loro comportamento magnetico individuale a causa del loro debole segnale magnetico disperso. I ricercatori hanno depositato nanoparticelle di triazolo di ferro su un substrato di diamante drogato con sensori quantistici ultrasensibili. Quando un raggio di luce verde viene proiettato attraverso il substrato, le NV emettono una luce rossa fluorescente a velocità variabili in presenza di nanobarre e nanoparticelle. Questo cambiamento nella fluorescenza illumina l’area e consente a una telecamera ad altissima risoluzione, in funzione del campo magnetico applicato, della frequenza delle microonde e della temperatura, di tracciare gli spin del ferro-triazolo a livello delle singole nanoparticelle.

Laraoui ha affermato che la ricerca del team mostra che questa tecnica migliora le capacità di imaging fino a meno di 20 nanometri – circa 5.000 volte più piccole di un capello umano – e forse la sensibilità fino a 10 nanometri.

Utilizzando un “interruttore termico” e un “magnete permanente”, ha detto Laraoui, il team è stato in grado di controllare gli stati di spin dei singoli nanotubi e regolare sia i loro livelli di magnetismo che i campi magnetici vaganti che creano. Questi campi vaganti sono molto deboli e rendono più difficile la misurazione utilizzando tecniche tradizionali, come la microscopia a forza magnetica.

"Ogni molecola ha componenti, compresi i metalli di transizione come il ferro, che sono magnetici, e lo spin di questi componenti si comporta in modo diverso a seconda della temperatura", ha detto Laraoui. “A temperature più basse, gli spin non hanno segnale magnetico perché si annullano a vicenda.

“Puoi controllarlo non solo con la temperatura e un campo magnetico, ma con la tensione applicata in modo da cambiare gli spin delle molecole magnetiche”.

Laraoui ha affermato che la tecnica NV consentirà lo studio di fenomeni magnetici e fisici inesplorati su scala nanometrica e probabilmente porterà a scoperte nel rilevamento quantistico, nell’elettronica dello spin molecolare e in campi della medicina, come la virologia e la ricerca sulle scienze del cervello.

Questa squadra include:

Facoltà del Nebraska: Abdelghani Laraoui, assistente professore di ingegneria meccanica e dei materiali; Rebecca Lai, professore associato di chimica; Sy-Hwang Liou, professore di fisica e astronomia; Yinsheng Guo, assistente professore di chimica; e Ilja Fescenko, dell'Università della Lettonia.

Studenti laureati del Nebraska: Suvechhya Lamichhane, fisica e astronomia; Kayleigh McElveen, chimica; Adam Erickson e Rupak Timalsina, ingegneria meccanica e dei materiali; e il ricercatore post-dottorato in chimica Shuo Sun.

I ricercatori del secondo team hanno utilizzato un materiale ospite emergente e ultrasottile per aumentare del 200% la luminosità degli emettitori a fotone singolo. Il loro articolo è stato pubblicato nell'edizione del 3 maggio di Advanced Optical Materials.