Ultrakänslig optomekanisk spinnmätning

Forskningsprojekt, 2024 – 2027

Magnetresonanstomografi (MRT) är en välkänd avbildningsteknik inom medicinen, där stärka magnetfält och radiovågor används för att ta bilder av kroppen på ett icke-invasivt sätt. Tänk om vi kunde använda liknande tekniker för att kartlegga komplexa molekyler en atom i taget! En sådan sensor kommer att ge ny insikt om materiens struktur och beteende på nanonivå. I detta projekt kommer vi att utveckla nya sensorer som kan mäta krafterna som utövas av enskilda protoner på grund av deras magnetism. Så små krafter är mycket svåra att mäta. Därför kommer vi att tillverka nanostränger av kiselnitrid—fiolsträngar som är 10 000 gånger tunnare och vibrerar ved 100 gånger högre frekvens. Dessa nanosträngar er mycket välisolerade från omvärlden och under vakuum kan de vibrera upp till 10 miljarder gånger innan de stannar. Denna isolering gör dem till utmärkta sensorer för små krafter.Vi kommer at tillverka nanosträngarna i Chalmers nanotekniklaboratorium och placera en nanomagnet på strängarna för att skapa mekaniska sensorer som är känsliga för magnetfält. Mätningen kommer att utföras i två steg: magnetfältet från enskilda protoner påverkar strängens rörelse och vi läser av rörelsen med hjälp av laserljus. Genom att tillverka fotoniska integrerade kretsar kan vi fånga ljuset i en optisk kavitet, vilket gör at vi kan läsa av den mekaniska resonatorns rörelse utan att störa den.I detta projekt kommer vi att skapa bättre mätinstrument och undersöka vad som begränsar dem på en grundläggande nivå. Till exempel kan ljusets kvantfysiska natur—att ljus är både en våg och en partikel—sätta gränser för känsligheten. Bättre mätinstrument spelar en viktig roll inom alla vetenskapsområden. Tredimensionella kartor över proteiner kan berätta hur de viker sig och felveckade proteiner spelar en viktig roll i åldrande och många sjukdomar. Genom att kartlägga material och nanosystem kan vi hitta bättre processor för at skapa ny teknik, som kvantdatorer och annan elektronik.