Rappresentazione artistica dei fotoni che entrano nel divisore di fascio, come da tecnica. Credito:Università di Warwick
La precisione della misurazione delle strutture nanoscopiche potrebbe essere notevolmente migliorata, grazie alla ricerca sul rilevamento ottico che ha coinvolto l'Università di Warwick ei ricercatori QuantIC dell'Università di Glasgow e della Heriot Watt University.
QuantIC è il Quantum Technology Hub del Regno Unito in Quantum Enhanced Imaging e fa parte del National Quantum Technologies Program del Regno Unito.
Utilizzando coppie di fotoni, componenti fondamentali dell'energia che compongono la luce, i ricercatori hanno escogitato un modo per misurare lo spessore di oggetti inferiori a 100, 000esimo della larghezza di un capello umano.
La nuova tecnica prevede di sparare due fotoni quasi identici su un componente noto come beamsplitter, e monitorare il loro successivo comportamento - con circa 30, 000 fotoni rilevati al secondo, e 500 miliardi in uso durante un esperimento completo.
A causa della tendenza di fotoni identici a "aggregarsi" e continuare a viaggiare insieme, il risultato di un delicato effetto di interferenza quantistica, la configurazione di nuova concezione dei ricercatori offre la stessa precisione e stabilità delle tecniche a un fotone esistenti che, a causa dell'attrezzatura necessaria, sono più costosi.
Offrendo una gamma di potenziali usi, compresa la ricerca per comprendere meglio le membrane cellulari e il DNA, così come il controllo di qualità per materiali 2D nanoscopici dello spessore di un singolo atomo, come il grafene, la nuova ricerca è anche un netto miglioramento rispetto alle attuali tecniche a due fotoni con una risoluzione fino a 100 volte migliore.
Per misurare lo spessore di un oggetto trasparente (qualsiasi oggetto attraverso il quale un fotone è in grado di passare), ciascuno di una coppia di fotoni identici viene sparato lungo percorsi separati:
All'aumentare dello spessore del campione, è più probabile che i fotoni escano dal divisore di fascio separatamente.
Diagramma che mostra la tecnica per misurare le strutture nanoscopiche. Credito:Università di Warwick
Dr George Knee del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick, che ha sviluppato la teoria alla base del nuovo metodo, disse:
"La cosa veramente eccitante di questi risultati è che ora possiamo studiare oggetti su scala nanometrica con un sensore ottico che opera su un effetto fisico fondamentalmente diverso.
"Fino ad ora, la cosiddetta interferenza a due fotoni non è stata in grado di raggiungere una risoluzione così grande, il che significa che siamo bloccati con alcuni degli svantaggi dei metodi consolidati basati sull'interferenza a singolo fotone, che richiede una tecnologia più costosa rispetto alla nostra nuova tecnica a due fotoni.
"Siamo riusciti a ottenere un grande miglioramento sintonizzando l'interferometro in una modalità operativa più sensibile e rimuovendo la deriva lenta inserendo e disattivando ripetutamente il campione.
"I vantaggi di essere impermeabili alle fluttuazioni di fase e di avere un'ampia gamma dinamica significano che sensori come il nostro potrebbero avere un grande impatto sull'imaging biologico e sulla ricerca associata che alimenta".
QuantIC co-investigatore e ricercatore capo del progetto, Professor Daniele Faccio, la cui tecnologia di rilevamento a due fotoni è stata utilizzata per generare i dati ha dichiarato:
"I risultati della nostra collaborazione con l'Università di Warwick offrono una gamma di potenziali usi, compresa la ricerca per comprendere meglio le membrane cellulari e il DNA, nonché un controllo di qualità per materiali 2D nanoscopici dello spessore di un singolo atomo, come il grafene.
Siamo entusiasti di portare avanti l'imaging quantistico e di contribuire a mantenere la posizione del Regno Unito nello sviluppo di nuove tecnologie quantistiche".
La ricerca, Interferometria di Hong-Ou-Mandel a risoluzione di attosecondi, è pubblicato da Progressi scientifici .
