ابزار ORNL برای نوشتن با اتم‌ها می‌تواند تولید مواد برای دستگاه‌های کوانتومی را بهبود بخشد
دانشمندان یک ابزار میکروسکوپی پیشرفته برای 'نوشتن' با اتم‌ها توسعه داده‌اند که به طور دقیقی اتم‌ها را در محل مورد نیاز قرار می‌دهد تا به ماده خواص جدیدی ببخشد.
این توسعه توسط یک تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه ملی اوک ریج وزارت انرژی انجام شد.
فناوری برای قرار دادن پیوسته اتم‌های فردی دقیقاً در محل مورد نیاز می‌تواند به مواد جدیدی برای دستگاه‌هایی که نیازهای اساسی برای محاسبات و ارتباطات کوانتومی را برآورده می‌کنند و با روش‌های متداول قابل تولید نیستند، منجر شود.
تیم به دنبال استفاده از دسترسی بهبود یافته به رفتار کوانتومی به عنوان بنیانی برای دستگاه‌ها است
استیفن جسی، دانشمند مواد که این تحقیق را رهبری می‌کند و رئیس بخش شناسایی نانومواد در مرکز علوم مواد نانوفاز ORNL (CNMS) است گفت: «با کار در مقیاس اتمی، ما نیز در مقیاسی کار می‌کنیم که خواص کوانتومی به طور طبیعی پدیدار شده و ماندگار می‌شوند.»
ما هدفمان استفاده از این دسترسی بهبود یافته به رفتار کوانتومی به عنوان بنیانی برای دستگاه‌های آینده است که به پدیده‌های منحصر به فرد کوانتومی مانند درهم‌تنیدگی برای بهبود کامپیوترها، ایجاد ارتباطات امن‌تر و افزایش حساسیت دتکتورها تکیه می‌کنند.
تیم همچنین می‌خواهد اتم‌ها را به ساختارهایی که ایجاد می‌کنند اضافه کند
جسی ادعا کرد که یک استراتژی برای مقابله با این چالش‌ها، ساخت و عمل در مقیاسی است که مکانیک کوانتومی به طور طبیعی‌تر وجود دارند - مقیاس اتمی. تیم دریافت که اگر میکروسکوپی داشته باشند که می‌تواند اتم‌ها را شناسایی کند، ممکن است بتوانیم از همان میکروسکوپ برای جابه‌جایی اتم‌ها یا تغییر مواد با دقت اتمی استفاده کنیم. تیم تحقیقاتی همچنین می‌خواهد بتواند اتم‌ها را به ساختارهایی که ایجاد می‌کنیم اضافه کند، بنابراین ما نیاز به منبعی از اتم‌ها داریم. این ایده به یک پلتفرم سنتز در مقیاس اتمی تبدیل شد - سنتیکسکوپ.
این امر به این دلیل مهم است که توانایی تنظیم مواد اتم به اتم می‌تواند برای بسیاری از کاربردهای تکنولوژیکی در علوم اطلاعات کوانتومی و بیشتر در میکروالکترونیک و کاتالیز و برای درک عمیق‌تر فرآیندهای سنتز مواد مورد استفاده قرار گیرد.
تحقیقات می‌تواند تولید در مقیاس اتمی را تسهیل کند
جسی افزود: «این کار می‌تواند تولید در مقیاس اتمی را که به طور بدنامی چالش‌برانگیز است، تسهیل کند.
برای دستیابی به کنترل بهبود یافته بر اتم‌ها، تیم تحقیقاتی ابزاری به نام سنتیکسکوپ برای ترکیب سنتز با میکروسکوپی پیشرفته ایجاد کرد. محققان از میکروسکوپ الکترونی عبوری اسکنینگ، یا STEM، به عنوان پلتفرمی برای جابه‌جایی مواد در مقیاس اتمی استفاده کردند.
تیم اکنون می‌تواند شروع به قرار دادن اتم‌ها در محلی که می‌خواهد کند
آندری دایِک، دانشمند مواد ORNL که به تحقیق کمک می‌کند، اظهار داشت که تنها از طریق این واقعیت که اکنون می‌توانیم شروع به قرار دادن اتم‌ها در محلی کنیم که می‌خواهیم، می‌توانیم به ایجاد آرایه‌های اتمی با موقعیت دقیق نزدیک به یکدیگر فکر کنیم که می‌توانند درهم‌تنیده شوند و بنابراین خواص کوانتومی خود را به اشتراک بگذارند که کلید اصلی ساخت دستگاه‌های کوانتومی است که قدرتمندتر از دستگاه‌های متداول هستند.
چنین دستگاه‌هایی ممکن است شامل کامپیوترهای کوانتومی - نسل بعدی مورد پیشنهاد کامپیوترهایی که ممکن است به طور وسیع از سریع‌ترین ابرکامپیوترهای امروزی پیشی گیرند؛ حسگرهای کوانتومی؛ و دستگاه‌های ارتباطات کوانتومی که نیاز به منبعی از فوتون‌های منفرد دارند تا یک سیستم ارتباطات کوانتومی امن ایجاد کنند.
جسی افزود: «ما تنها اتم‌ها را جابه‌جا نمی‌کنیم، بلکه نشان می‌دهیم که می‌توانیم انواع مختلفی از اتم‌ها را به ماده اضافه کنیم که قبلاً در آنجا نبودند و آنها را در محلی که می‌خواهیم قرار دهیم.
در حال حاضر هیچ فناوری وجود ندارد که بتواند عناصر مختلف را دقیقاً در جایی که می‌خواهید قرار دهید و پیوند و ساختار صحیح را داشته باشند. با این فناوری، تیم می‌تواند ساختارهایی را از اتم طراحی کند که برای خواص الکترونیکی، نوری، شیمیایی یا ساختاری آنها طراحی شده‌اند.
