Создан наносенсор, позволяющий «видеть» атомы без громоздких лазеров

Ключевая проблема квантовых сенсоров — их зависимость от громоздкой и капризной оптики — получила элегантное инженерное решение. Исследователи из TU Wien создали полностью электромеханическую систему (NEMS) на основе вакуумного конденсатора с рекордным зазором в 32 нанометра, что открывает путь к массовому производству компактных атомно-силовых микроскопов.

Вместо того чтобы считывать колебания зонда лазером, австрийские инженеры использовали принцип прямого параметрического сопряжения. В основе их устройства лежит сверхминиатюрный вакуумный конденсатор, где одна из алюминиевых пластин является подвижной мембраной. Любое ее смещение, вызванное атомными силами, изменяет емкость, что мгновенно регистрируется как изменение резонансной частоты всего электрического контура. Сила этой связи напрямую зависит от зазора между пластинами, и его уменьшение до рекордных 32 нм позволило достичь беспрецедентной чувствительности.

Технологическим прорывом стала не только миниатюризация, но и производственный процесс. Вся структура изготавливается на стандартных кремниевых подложках, что обеспечивает полную совместимость с существующей технологией CMOS. Это кардинально снижает потенциальную стоимость и открывает возможность для крупносерийного производства, в отличие от штучных лабораторных образцов. Интеграция пьезоэлектрического привода из нитрида алюминия (AlN) обеспечивает точное управление колебаниями мембраны без внешнего воздействия.

Главное преимущество разработанной NEMS-платформы — ее практичность. Она не только полностью исключает необходимость в сложных оптических системах, но и эффективно работает при комнатной температуре. Это устраняет одно из главных препятствий для широкого внедрения квантовых технологий — требование криогенного охлаждения до температур, близких к абсолютному нулю.

Представленная работа является не просто демонстрацией рекордно малого компонента, а созданием универсальной платформы для нового поколения квантовых датчиков. Эта технология способна произвести революцию в атомно-силовой микроскопии, сделав ее более доступной и компактной, а также стать основой для высокопроизводительных сенсоров в медицине, материаловедении и фундаментальной науке.

Источник: Advanced Materials Technologies