Robusts un ātrs kvantu magnētiskais mikroskops ar koncentrētu novirzes lauku

Projekta nosaukums latviski: Robusts un ātrs kvantu magnētiskais mikroskops ar koncentrētu novirzes lauku

Projekta nosaukums angliski: Robust and fast quantum magnetic microscope with concentrated bias field

Projekta numurs: lzp-2020/2-0243

Projekta īstenotājs: Latvijas Universitāte (LU)

Projekta vadītājs: Andris Bērziņš

Projekta īstenošanas vadošā struktūrvienība LU ir Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultāte

Projekta īstenošanas periods: 01.12.2020.–31.12.2021.

Projekta kopējais finansējums: 100 389 EUR

Tiek plaši uzskatīts, ka tehnoloģijas, kas balstās uz slāpekļa-vakanču centriem dimantu kristālos būs pirmās rūpnieciski ražotās kvantu iekārtas. Kvantu magnētiskai mikroskopijai, kas balstās uz slāpekļa vakanču centriem, ir plašas perspektīvas nanotehnoloģiju attīstībā - inženiertehniskos pētījumos, materiālu izpētē, medicīnā, biofizikā. Šādi kavantu magnētiskie mikroskopi ir sevi pierādījuši bioloģisku signālu izpētē, nanomagnētisku lauku un nanodaļiņu īpašību izpētē. Tomēr šobrīd pastāv vairāki tehniski izaicinājumi, kas kavē šo tehnoloģiju plašu pielietošanu ārpus zinātniskām laboratorijām. Mūsu izstrādātajā tehnoloģijā tiks izmantoti magnētiskā lauka koncentratori, kas nekad iepriekš nav izmantoti uz slāpekļa vakanču centriem balstītā mikroskopijā, tādējādi ievērojami palielinot kvantu magnētiskā mikroskopa pielietošanas iespējas, ievērojami uzlabojot novirzes magnētiskā lauka viendabīgumu, koncentrāciju (lielumu) un kontroli. Tas padarītu magnētiskā lauka attēlošanas aprīkojumu izturīgāku, ātrāku, jutīgāku un spējīgāku strādāt pie daudz augstākiem magnētiskajiem laukiem.

Projekta noslēgumā izdevies izveidot kvantu magnētisko mikroskopu ar koncentrētu novirzes lauku, kura viena no sastāvdaļām ir inovatīvus magnētiskā lauka avots. Šis lauka avots ir veidots uz pastāvīgu magnētu un lauka koncentratoru bāzes un tas, neizmantojot elektromagnētus, ļauj regulēt magnētisko lauku robežās 1 mT līdz 220 mT. Šis lauka avots ir daudz kompaktāks nekā citas plaši pielietotas sistēmas, kas ļauj sasniegt relatīvi augstus magnētiskos laukus ar lielisku homogenitāti (0,5 μT/μm). Turklāt atšķirībā no elektoromagnētiem, uz pastāvīgiem magnētiem bāzētā sistēma ir daudz energoefektīvāka, kā arī būtiski uzlabo šādas sistēmas pielietojamību portatīvās iekārtās, jo lietotā elektriskā strāva ir maza, turklāt tā nepieciešama tikai lauka amplitūdas regulēšanai un nav nepieciešama brīdī, kas atrasta nepieciešamā lauka vērtība. Tādējādi iespējams izvairīties arī no elektromagnētiem raksturīgās silšanas, kā arī atkarības no barošanas avota precizitātes. Publikācija šobrīd brīvi pieejama: https://arxiv.org/abs/2112.15359.

Projekta ietvaros izdevies iesniegt arī publikāciju par paša magnētiskā lauka mikroskopa pielietojumu mikroskopisku mehāniskā sprieguma efektu izpētē, kas ļāvis piedāvāt jaunu metodi, kā radīt labi kontrolētus mikroskopisku izmēru mehāniskos sriegumus. Atšķirībā no citām līdz šim izmantotajām metodēm, šī metode ļauj radīt mehāniskos spriegumus izmantojot uz dimanta virsmas uzputinātas plānās kārtiņas. Šāda pieeja ļauj izvairīties no izsmalcinātu un dārgu iekārtu lietošanas dažādos pielietojumos. Publikācija šobrīd brīvi pieejama: https://arxiv.org/abs/2111.12979.

Projekta laikā rezultātu aprobēšanai un popularizēšanai projekta grupas dalībnieki ir piedalījušies 3 starptautiskās zinātniskās konferencēs. Tā pat projekts popularizēts arī Zinātnieku nakts pasākumos, Lāzeru Centra YouTube kanālā (https://www.youtube.com/watch?v=4leOl9tJFhA&ab_channel=ULLaserCentre), kā arī lekciju procesā.

Projekta laikā tika uzrakstīti arī 7 dažādu mērogu projektu pieteikumi, no kuriem šobrīd zināms, ka viens noraidīts, bet četri ir apstiprināti, kā arī divi vēl jo projām ir izvērtēšanā. No veiksmīgajiem projektiem ir divi ir LZP projekti, katrs ar termiņu 3 gadi un finansējumu 300000 apmērā, un divi ir LU fonda projekti: https://www.fmof.lu.lv/par-mums/zinas/zina/t/66489/ un https://www.fmof.lu.lv/par-mums/zinas/zina/t/66482/.