Физики разработали микроскоп, который способен за одно сканирование измерять температуру, магнетизм, структуру и электрические характеристики материала — и все это с точностью до нанометров.
Этот инновационный инструмент способен сканировать даже целые квантовые чипы, что обещает значительно ускорить прогресс в области квантовых технологий.
«Это почти как обладание сверхспособностью, — отмечает аспирант Лейденского университета Маттейс Рог. — Ты смотришь на образец и видишь не только его форму, но и электрические токи, тепло и магнетизм внутри него».
Квантовые материалы — это вещества, свойства которых могут быть объяснены лишь с использованием квантовой механики. Ярким примером являются сверхпроводники, способные проводить электрический ток без сопротивления. Обычно квантовые эффекты проявляются на уровнях отдельных атомов, но в квантовых материалах они наблюдаются уже на миллиметровом уровне. Почему это так — до сих пор остается загадкой, ведь в таких материалах миллиарды частиц ведут себя «квантово» одновременно.
«Такие сложные процессы очень сложно описать с помощью абстрактной теории, — комментирует Рог. — На мельчайших масштабах взаимодействует множество факторов. Поэтому так важно, что мы можем просто наблюдать, как эти материалы ведут себя».
Руководитель группы Кавех Лахаби подчеркивает: «Этот микроскоп устраняет экспериментальные ограничения, которые долгое время мешали исследованию квантовых материалов. Это не идеализированная техника — она работает с системами, которые мы действительно хотим понять».
Одно из ключевых преимуществ нового инструмента — способность функционировать на неровных поверхностях. Большинство современных микроскопов требуют идеально гладких образцов, однако самые интересные эффекты часто проявляются на границах материалов или на стыке двух различных квантовых веществ. Новый микроскоп легко справляется с неровной поверхностью чипа так же, как и с плоским кристаллом.
С 2021 года команда работала над проектированием и сборкой устройства практически с нуля — каждый кабель был спаян вручную, каждый винт закручен самостоятельно. Микроскоп получил ласковое имя «Тортилья», а его техническое название — Tapping Mode SQUID-on-Tip.
Теперь инструмент выходит на рынок благодаря компании QuantaMap. «Одна из основных проблем квантовых вычислений — это когда чипы работают хуже, чем ожидалось, и невозможно понять, какой именно компонент вышел из строя, — поясняет глава компании Йоханнес Йобст. — Наш микроскоп решает эту диагностическую задачу».
Улучшение диагностики квантовых чипов существенно ускорит развитие и внедрение технологий будущего в повседневную жизнь.
Фото: hi-tech.mail.ru