منوعات

في الألف ! التمركز الدقيق للنقاط الكمومية في الرقائق الضوئية

يمكن للفحص المجهري الذي يمكن تتبعه أن يحسن موثوقية تكنولوجيات المعلومات الكمومية، والتصوير البيولوجي، وأكثر من ذلك.

لقد انتقلت الأجهزة التي تلتقط الضوء الساطع من ملايين النقاط الكمومية، بما في ذلك أجهزة الليزر على نطاق الرقاقة والمضخمات الضوئية، من التجارب المعملية إلى المنتجات التجارية. لكن الأنواع الجديدة من أجهزة النقاط الكمومية كانت أبطأ في طرحها في الأسواق لأنها تتطلب محاذاة دقيقة للغاية بين النقاط الفردية والبصريات المصغرة التي تستخرج الإشعاع المنبعث وتوجهه.

قام الباحثون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وزملاؤهم بتطوير معايير ومعايرات للمجاهر الضوئية التي تسمح بمحاذاة النقاط الكمومية مع مركز المكون الضوئي مع خطأ يتراوح بين 10 إلى 20 نانومتر (حوالي واحد في الألف). من سمك ورقة). يعد هذا المحاذاة ضروريًا للأجهزة ذات الحجم الرقائقي التي تستخدم الإشعاع المنبعث من النقاط الكمومية لتخزين المعلومات الكمومية ونقلها.

ولأول مرة، حقق باحثو NIST هذا المستوى من الدقة عبر الصورة بأكملها من المجهر الضوئي، مما يسمح لهم بتصحيح مواقع العديد من النقاط الكمومية الفردية. ويتوقع النموذج الذي طوره الباحثون أنه إذا تمت معايرة المجاهر باستخدام المعايير الجديدة، فإن عدد الأجهزة عالية الأداء يمكن أن يزيد بمقدار مائة ضعف.

يمكن لهذه القدرة الجديدة أن تسمح بدراسة تكنولوجيات المعلومات الكمومية التي تخرج ببطء من مختبرات الأبحاث بشكل أكثر موثوقية وتطويرها بكفاءة إلى منتجات تجارية.

في تطوير طريقتهم، أنشأ كريج كوبلاند، وصامويل ستافيس ومعاونوهم، بما في ذلك زملاء في معهد الكم المشترك (JQI)، وهو شراكة بحثية بين NIST وجامعة ميريلاند، معايير ومعايرات يمكن إرجاعها إلى النظام الدولي للوحدات. (SI) للمجاهر الضوئية المستخدمة لتوجيه محاذاة النقاط الكمومية.

وقال كوبلاند: “إن الفكرة التي تبدو بسيطة، وهي العثور على نقطة كمومية ووضع مكون ضوئي عليها، تبين أنها مشكلة قياس صعبة”.

إلى حد نموذجي، تبدأ الأخطاء في التراكم عندما يستخدم الباحثون المجهر الضوئي للعثور على موقع النقاط الكمومية الفردية، التي تتواجد في مواقع عشوائية على سطح مادة شبه موصلة. إذا تجاهل الباحثون انكماش المواد شبه الموصلة عند درجات الحرارة شديدة البرودة التي تعمل فيها النقاط الكمومية، فإن الأخطاء تصبح أكثر وضوحًا. ومما يزيد الأمور تعقيدًا، أن أخطاء القياس هذه تتفاقم بسبب عدم الدقة في عملية التصنيع التي يستخدمها الباحثون لوضع معايير المعايرة الخاصة بهم، مما يؤثر أيضًا على وضع المكونات الضوئية.

طريقة NIST، التي وصفها الباحثون في مقال نشر على الإنترنت على البصريات الكمومية في 18 مارس، يحدد ويصحح هذه الأخطاء التي تم التغاضي عنها سابقًا.

أنشأ فريق NIST نوعين من المعايير التي يمكن تتبعها لمعايرة المجاهر الضوئية: أولاً في درجة حرارة الغرفة لتحليل عملية التصنيع، ثم في درجات حرارة مبردة لقياس موقع النقاط الكمومية. بناءً على عملهم السابق، يتكون معيار درجة الحرارة المحيطة من مجموعة من الثقوب النانوية متباعدة على مسافة محددة في فيلم معدني.

بعد ذلك، قام الباحثون بقياس المواضع الفعلية للثقوب باستخدام مجهر القوة الذرية، مما يضمن إمكانية تتبع المواضع إلى نظام SI. ومن خلال مقارنة المواضع الظاهرة للثقوب التي يراها المجهر الضوئي مع المواضع الفعلية، قام الباحثون بتقييم الأخطاء المتعلقة بمعايرة التكبير وتشويه صورة المجهر الضوئي. ويمكن بعد ذلك استخدام المجهر الضوئي المعاير لقياس المعايير الأخرى التي وضعها الباحثون بسرعة، مما يسمح بالتحليل الإحصائي لدقة العملية وتنوعها.

قال آدم بينتار، الباحث في NIST والمؤلف المشارك في الدراسة: “إن الإحصائيات الجيدة ضرورية في كل حلقة في سلسلة الحراسة”.

وبتوسيع طريقتهم لتشمل درجات حرارة منخفضة، قام فريق البحث بمعايرة مجهر ضوئي شديد البرودة لتصوير النقاط الكمومية. ولإجراء هذه المعايرة، أنشأ الفريق معيارًا مجهريًا جديدًا: مجموعة من الأعمدة ملفقة على رقاقة السيليكون. لقد عمل العلماء مع السيليكون لأن انكماش المادة عند درجات حرارة منخفضة تم قياسه بدقة.

اكتشف الباحثون العديد من المخاطر عند معايرة تكبير المجاهر الضوئية المبردة، والتي تميل إلى إظهار تشوه الصورة الشديد أكثر من المجاهر العاملة في درجة حرارة الغرفة. تؤدي هذه العيوب البصرية إلى انحناء الصور من الخطوط المستقيمة إلى منحنيات حادة تعمل المعايرة على تقويمها بشكل فعال. إذا لم يتم تصحيحه، فإن تشويه الصورة يسبب أخطاء كبيرة في تحديد موضع النقاط الكمومية وفي محاذاة النقاط في الأهداف أو الأدلة الموجية أو أجهزة التصوير الأخرى للتحكم في الضوء.

وقال مارسيلو دافانكو، الباحث في المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) والمؤلف المشارك في الدراسة: “من المحتمل أن هذه الأخطاء منعت الباحثين من صنع أجهزة تعمل على النحو المنشود”.

طور الباحثون نموذجًا تفصيليًا لأخطاء القياس والتصنيع عند دمج النقاط الكمومية مع المكونات الضوئية على نطاق الرقاقة. لقد درسوا كيف تحد هذه الأخطاء من قدرة أجهزة النقاط الكمومية على الأداء على النحو المنشود، ووجدوا إمكانية التحسين بمئة ضعف.

“قد يكون الباحث سعيدًا إذا نجح جهاز واحد من بين مائة في تجربته الأولى، لكن الشركة المصنعة قد تحتاج إلى تسعة وتسعين جهازًا من بين مائة حتى تعمل”، كما أشار ستافيز. “يمثل عملنا خطوة إلى الأمام في هذا التحول من المختبر إلى المصنع.”

وبعيدًا عن أجهزة النقاط الكمومية، يمكن للمعايير والمعايرات التي يمكن تتبعها والتي يتم تطويرها في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) تحسين الدقة والموثوقية في التطبيقات الأخرى الصعبة للمجهر الضوئي، مثل تصوير خلايا الدماغ ورسم خرائط الخلايا العصبية. وفي هذه المشاريع، يسعى الباحثون أيضًا إلى تحديد المواضع الدقيقة للأشياء التي تمت دراستها عبر صورة مجهرية كاملة. بالإضافة إلى ذلك، قد يحتاج العلماء إلى تنسيق بيانات الموقع من أدوات مختلفة عند درجات حرارة مختلفة، كما هو الحال بالنسبة لأجهزة النقاط الكمومية.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى