I ricercatori della Griffith University che lavorano con la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) australiana hanno svelato una tecnica straordinariamente accurata per misurazioni scientifiche che utilizza un singolo atomo come sensore, con sensibilità fino a 100 zeptoNewton.

Utilizzando lenti Fresnel di tipo segmentato altamente miniaturizzate - lo stesso design utilizzato nei fari per più di un secolo - che consentono immagini di qualità eccezionalmente elevata di un singolo atomo, gli scienziati sono stati in grado di rilevare gli spostamenti di posizione con precisione nanometrica in tre dimensioni.

"Al nostro atomo manca un elettrone, quindi è molto sensibile ai campi elettrici. Misurando lo spostamento, abbiamo costruito uno strumento molto sensibile per misurare le forze elettriche." Dr Erik Streed, del Centro per la dinamica quantistica, spiegato.

"100 zeptoNewton sono una forza molto piccola. È circa la stessa della forza di gravità tra una persona a Brisbane e una persona a Canberra. Può essere usata per indagare su cosa sta succedendo sulle superfici, che aiuterà a miniaturizzare i computer quantistici di tipo a trappola ionica e altri dispositivi quantistici".

I ricercatori Griffith sono stati pionieri nell'applicazione di tali lenti nella fisica quantistica dal 2011, ma questa è la prima volta che vengono utilizzati per raggiungere livelli così elevati di precisione nel rilevamento delle forze che influenzano un particolare atomo.

Spostando intenzionalmente le loro ottiche leggermente fuori fuoco, i ricercatori sono stati in grado di misurare gli spostamenti in tutte e tre le dimensioni, con la terza direzione determinata da se l'atomo stava tornando a fuoco o ulteriormente sfocato.

Insieme alle applicazioni della ricerca per la fisica fondamentale del magnetico, atomico, fenomeni quantistici e di superficie, Il dottor Streed sta anche lavorando come parte del Griffith's Institute for Glycomics per adattare questo tipo di tecnologie quantistiche per la ricerca medica e biologica.

"Con l'Institute for Glycomics sono anche interessato a sviluppare questo strumento per misurare i campi elettrici al di fuori di una singola biomolecola isolata, come il momento di dipolo, come un nuovo modo per aiutare a capire come si comportano, " Egli ha detto.

La maggiore precisione della tecnica è dovuta proprio all'uso di un atomo solo come "sonda" per ottenere queste misurazioni. Tecniche precedenti simili a questa utilizzavano molti atomi come sensori di forza elettrica ed erano limitate a una sola dimensione.

"Un sensore di forza sub-attonewton 3D a singolo atomo" apparirà nell'edizione del 23 marzo 2018 di Progressi scientifici .