Impresión artística de fotones entrando en el divisor de haz, según la técnica. Crédito:Universidad de Warwick
La precisión de la medición de estructuras nanoscópicas podría mejorarse sustancialmente, gracias a la investigación en la que participaron la Universidad de Warwick y los investigadores de QuantIC de la Universidad de Glasgow y la Universidad Heriot Watt en la detección óptica.
QuantIC es el centro de tecnología cuántica del Reino Unido en imágenes mejoradas cuánticas y forma parte del programa nacional de tecnologías cuánticas del Reino Unido.
Usando pares de fotones, componentes fundamentales de la energía que componen la luz, los investigadores han ideado una forma de medir el grosor de los objetos que tienen menos de 100, 000th del ancho de un cabello humano.
La nueva técnica consiste en disparar dos fotones casi idénticos sobre un componente conocido como divisor de haz, y monitorear su comportamiento posterior, con unos 30, 000 fotones detectados por segundo, y 500 mil millones en uso a lo largo de un experimento completo.
Debido a la tendencia de los fotones idénticos a 'unirse' y continuar viajando juntos, el resultado de un delicado efecto de interferencia cuántica, la configuración recientemente desarrollada por los investigadores ofrece la misma precisión y estabilidad que las técnicas de un fotón existentes que, debido al equipo requerido, son más costosos.
Ofreciendo una gama de usos potenciales, incluida la investigación para comprender mejor las membranas celulares y el ADN, así como el control de calidad para materiales 2D nanoscópicos del grosor de un solo átomo, como el grafeno, La nueva investigación también es una mejora notable en las técnicas actuales de dos fotones con una resolución hasta 100 veces mejor.
Para medir el grosor de un objeto transparente (cualquier objeto a través del cual pueda pasar un fotón), cada uno de un par de fotones idénticos se dispara a lo largo de caminos separados:
A medida que aumenta el grosor de la muestra, es más probable que los fotones salgan del divisor de haz por separado.
Diagrama que muestra la técnica para medir estructuras nanoscópicas. Crédito:Universidad de Warwick
Dr. George Knee del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, quien desarrolló la teoría detrás del nuevo método, dijo:
“Lo realmente emocionante de estos resultados es que ahora podemos investigar objetos a nanoescala con un sensor óptico que opera con un efecto físico fundamentalmente diferente.
"Hasta ahora, la llamada interferencia de dos fotones no ha podido lograr una resolución tan grande, lo que significa que estamos atascados con algunas de las desventajas de los métodos establecidos basados en la interferencia de un solo fotón, que requiere una tecnología más cara que nuestra nueva técnica de dos fotones.
"Hemos logrado una gran mejora al sintonizar el interferómetro en un modo de operación más sensible y eliminar la deriva lenta al cambiar repetidamente la muestra hacia adentro y hacia afuera.
"Las ventajas de ser impermeable a las fluctuaciones de fase y tener un gran rango dinámico significan que sensores como el nuestro podrían tener un gran impacto en las imágenes biológicas y la investigación asociada a la que se alimentan".
Co-investigador QuantIC e investigador principal del proyecto, Profesor Daniele Faccio, cuya tecnología de detección de dos fotones se utilizó para generar los datos, dijo:
"Los resultados de nuestra colaboración con la Universidad de Warwick ofrecen una variedad de usos potenciales, incluida la investigación para comprender mejor las membranas celulares y el ADN, así como un control de calidad para materiales 2D nanoscópicos del grosor de un solo átomo, como el grafeno.
Estamos entusiasmados de avanzar en la imagen cuántica y ayudar a mantener la posición del Reino Unido en el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas ".
La investigación, Interferometría de Hong-Ou-Mandel de resolución de attosegundos, es publicado por Avances de la ciencia .
