Исследователи из Института Нильса Бора Копенгагенского университета разработали настраиваемую систему, которая открывает путь к более точному зондированию в различных технологиях, включая биомедицинскую диагностику. Результаты [опубликованы](https://www.nature.com/articles/s41586-025-09224-3) в журнале Nature.
Потенциал системы
Потенциал применения системы огромен — от крупных до мельчайших масштабов, от обнаружения гравитационных волн в космосе до регистрации крошечных колебаний в нашем теле.
Оптическое зондирование
Оптические технологии зондирования уже стали частью повседневной жизни. В последние годы достижения в области [квантовой оптики](https://phys.org/tags/quantum+optics/) приблизили чувствительность этих устройств к так называемому стандартному квантовому пределу — практической границе, возникающей из-за неизбежного шума при измерениях на микроскопических масштабах.
Превышение этого предела требует использования передовых квантовых методов для подавления или хотя бы уменьшения шума. Такие понятия, как сжатые свет, уклонение от обратного действия и запутанность, являются инструментами в арсенале учёных.
Запутанность
Запутанность (квантовые корреляции), которая является ключевой особенностью, отделяющей классическую физику от современной квантовой физики, позволяет проводить зондирование за пределами стандартного квантового предела.
Запутанность впервые наблюдалась в микроскопических системах, таких как отдельные атомы и фотоны. Новая система, разработанная в Институте Нильса Бора, использует крупномасштабную запутанность, которая впервые включает в себя многофотонное световое состояние и большой ансамбль атомного спина.
Динамическое уменьшение квантового шума
Это необычное сочетание методов, которое позволяет осуществлять частотно-зависимое сжатие, — метод, который динамически уменьшает квантовый шум в широком диапазоне частот. Это имеет решающее значение для таких приложений, как [обнаружение гравитационных волн](https://phys.org/tags/gravitational+wave+detection/) и для многих других технологий зондирования.
Сжатый свет характеризуется квантовым шумом, уменьшенным или «сжатым» за пределы стандартного квантового предела. Обычно можно уменьшить либо шум амплитуды, либо шум фазы световой волны. Однако для уменьшения квантового шума в широком диапазоне частот необходимо, чтобы сжатие варьировалось от шума сжатой амплитуды до шума сжатой фазы на разных частотах.
Восстановление магнетизма в тонких плёнках: новый метод
В исследовании, [опубликованном](https://doi.org/10.1063/5.0275709) в Applied Physics Letters, под руководством исследователей из SANKEN Университета Осаки, была представлена методика восстановления магнетизма в деградированном спинтронике. Этот метод может быть применён для повышения надёжности полупроводниковой памяти следующего поколения.
Спинтроника использует спин (и заряд) электронов для обработки и хранения памяти, и это достигается практически путём наложения слоёв тонких плёнок материалов, которые ведут себя по-разному под влиянием магнитного поля.
«Эти устройства могут быть энергонезависимыми, [низкоэнергетическими](https://phys.org/tags/low-power/) и надёжными, но [процесс изготовления](https://phys.org/tags/manufacturing+process/) может привести к ухудшению их магнитных свойств», — объясняет Томохиро Кояма, ведущий автор исследования.
Плёнки, необходимые для этих устройств, часто формируются путём распыления, при котором атомы извлекаются и наносятся на подложку. Этот процесс, однако, может привести к окислению магнитного слоя, что ухудшает его магнитные свойства.
Устройство, исследованное в этом исследовании, состояло из структуры Co/MgO с подслоями, образованными из Pt или Au. Pt является перспективным материалом для повышения надёжности спинтронических устройств, поскольку он сильно подвержен каталитическому действию, что позволяет [химическим реакциям](https://phys.org/tags/chemical+reactions/) протекать в более мягких условиях.
Исследователи регулировали окислительное повреждение слоя Co, изменяя мощность распыления во время нанесения слоя MgO. Затем проводился отжиг с использованием [молекулярного водорода](https://phys.org/tags/molecular+hydrogen/) (H₂), и наблюдались изменения магнитных свойств материала.
Заключение
Влияние катализаторов на деградированные тонкоплёночные магниты было раскрыто в этом исследовании и может быть применено к широкому спектру практических устройств. Эта инновационная методика может стать ключом к повышению надёжности полупроводниковой памяти следующего поколения.
Предоставлено [Университетом Осаки](https://phys.org/partners/university-of-osaka/).