ICT/융합

나노미터급 공간 해상도 전자기장 양자 센싱 구현

발행일 : 2019 / 10 / 24

중국과기대 궈광찬(郭光燦)/쑨팡원(孫方穩) 연구팀은 50nm 공간 해상도 고정밀도 다기능 양자 센싱을 실험적으로 달성했다. 해당 성과는 “Applied Physics Reviews”에 게재됐다.

마이크로/나노 소자는 크기가 작고 전자기장 강도가 낮으며 쉽게 간섭을 받는 등 특성을 보유하고 있기에 마이크로/나노 전자기장 측정 기술은 높은 공간 해상도, 높은 측정 민감도 및 비파괴 측정 등 어려움을 극복해야 한다.

연구팀은 양자 센싱 및 양자 탐침 등 새로운 아이디어를 이용할 것을 제안함과 아울러 나노미터급 공간 해상도를 보유한 원거리장 광학적 초해상도 이미징 새 기술을 개발했다. 뿐만 아니라 고충실도 양자상태 제어 기술을 결합하여 높은 공간 해상도, 높은 측정 민감도 및 비파괴 측정을 동시에 보유한 마이크로/나노 전자기장 측정 기술을 달성했다.

연구팀은 먼저 다이아몬드 질소-공석 컬러 중심의 전하 상태 제어를 기반으로 나노미터급 공간 해상도 초저 펌핑 출력을 보유한 전하 상태 감쇄 나노 영상술을 제안함과 아울러 4.1nm 공간 해상도의 전자스핀 양자상태 이미징 및 검사를 달성했다. 실험으로 획득한 이미징 해상도는 광학적 회절 한계의 1/86에 도달함으로써 자극방출고갈 형광현미경의 영상술을 초과했을 뿐만 아니라 2014년도 노벨 화학상을 수상한 1/67의 정밀도를 초과하여 생체 생물학적 검사에 이용될 전망이다. 다음으로 연구팀은 심층적으로 CSD 나노 영상술과 형광수명 이미징, 광학적 편광상태 검사, 전자스핀 상태 고충실도 양자 제어 기술을 결합하여 금속 나노와이어 구조가 보유한 광 필드 상태 밀도, 편광, 전류 및 생성된 자기장 등 다양한 물리량의 비파괴 측정을 달성했는데 공간 해상도는 50nm에 달하여 마이크로/나노 광 전자기장 측정 정밀도가 96%를 초과했다.

해당 성과는 높은 공간 해상도 비파괴 전자기장 측정 및 실용화 양자 센싱에 기반을 마련함으로써 마이크로/나노 전자기장 및 광전자 칩의 검사에 이용됨과 아울러 원거리장 초해상도 이미징 기술의 응용 범위를 확장시킬 전망이다.