Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Pomiń baner

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Laboratorium Diagnostyki Fotonicznej

Mikroskop do badania pojedynczych defektów kwantowych i nanopróbek

Opis stanowiska

Aparatura składa się z mikroskopu konfokalnego, układu do rejestracji i analizy szybkich procesów optycznych oraz stanowiska preparatyki próbek.

Sercem stanowiska jest skanujący laserowy mikroskop konfokalny Olympus FV3000 wykorzystujący ramę mikroskopu odwróconego IX83. Mikroskop ten jest wyposażony w 4 lasery o długościach fali odpowiednio 405 nm, 488 nm, 561 nm oraz 633 nm, a także obiektywy apochromatyczne korygowane w zakresie 400 – 1000 nm, o powiększeniach od 1,25x do 60x (NA = 1,42). Umożliwia to prowadzenie badań spektroskopowych w całym zakresie widzialnym, a także w bliskiej podczerwieni. Układ detekcji stanowią 2 fotopowielacze typu GaAsP o czułości podwyższonej w zakresie widzialnym, wyposażone dodatkowo w holograficzne siatki dyfrakcyjne i układy przesłon umożliwiające prowadzenie obserwacji spektralnych w oknie o szerokości od 2 do 100 nm. Pozycjonowanie i ewentualne skanowanie próbki w dużym obszarze jest możliwe za pomocą precyzyjnego stolika z napędem ultradźwiękowym i optycznymi enkoderami pozycji o nanometrowej precyzji. Mikroskop ma budowę modułową i może być rozszerzany o kolejne funkcjonalności. Umożliwia podłączenie dodatkowego, zewnętrznego lasera, jak również wyprowadzenie światła fluorescencji na zewnątrz, co pozwala na połączenie go np.  z wysokoczułym spektrometrem lub krzemowymi detektorami pojedynczych fotonów. Urządzenie zostało już wyposażone w niezbędne komponenty mikrofalowe pozwalające na badanie zjawiska optycznie rejestrowanego rezonansu magnetycznego (ODMR) w centrach NV.

Oprócz mikroskopu konfokalnego aparatura będzie wyposażona także w układ do rejestracji i analizy szybkich procesów optycznych oraz stanowisko preparatyki próbek. Na układ do rejestracji i analizy szybkich procesów będą się składać detektory pojedynczych fotonów (jitter < 300 ps), szybkie układy zliczające oraz oscyloskop o wysokim paśmie (≥ 2,5 GHz). W połączeniu z precyzyjnie sterowanymi czasowo (w skali ps, ns) źródłami optycznymi i mikrofalowymi możliwe będzie manipulowanie pojedynczymi spinami, implementowanie impulsowych protokołów pomiarowych (np. dynamical decoupling) oraz prowadzenie przy jego użyciu pomiarów sygnałów NMR pochodzących od pojedynczych molekuł z wykorzystaniem centrów NV jako sensorów. Aparatura ta umożliwi także precyzyjne badanie struktur energetycznych centrów poprzez analizę czasową zaników fluorescencji oraz prowadzenie szeregu doświadczeń z dziedziny optyki kwantowej, np. korelacji czasowych i antygrupowania fotonów, badania źródeł pojedynczych fotonów czy zapisywania informacji kwantowej w spinie centrum. Prowadzenie powyżej opisanych doświadczeń wymaga wysokiej czystości próbek, które będą przygotowywane w dedykowanym stanowisku wyposażonym w: plasma cleaner, wysokotemperaturowy (Tmax ≥ 1200°C) piecyk próżniowy, shaker/vortex i spin-coater.

Badania

Prowadzone przez nas badania skoncentrowane są zarówno wokół badań podstawowych, np. charakteryzacja oddziaływań spin-spin pomiędzy centrami barwnymi i ich najbliższym otoczeniem, czy przetwarzaniem informacji kwantowej, ale także ukierunkowane na zastosowania praktyczne. Obecnie rozwijamy metody pomiarów pól magnetycznych i temperatury w skali sub-mikrometrowej (rozdzielczość optyczna ~300 nm), przy użyciu nanodiamentów bogatych w centra barwne azot-wakancja (NV).

Chemiczna stabilność (nano)diamentów umożliwia ich wykorzystanie w biologii i medycynie jako znaczników fluorescencyjnych oraz sensorów takich wielkości fizycznych, jak pole elektryczne, magnetyczne ciśnienie czy temperatura mierzonych w środowisku biologicznym.

Nasza oferta badań zewnętrznych już teraz obejmuje:

  • konfokalne obrazowanie próbek (fluorescencja, transmisja)
  • obrazowanie spektralne (rozdzielczość do 2 nm)
  • punktowe, bardziej precyzyjne pomiary widma
  • rejestrację sygnałów rezonansu magnetycznego centrów NV w diamencie.

Będzie ona sukcesywnie rozszerzana w miarę pozyskiwania kolejnych elementów stanowiska.

 

W razie zainteresowania prowadzeniem u nas badań prosimy o kontakt emailowy: a.wojciechowski@uj.edu.pl