โบโลมิเตอร์ที่ใช้กราฟีนสองตัวที่ไวต่อการตรวจจับโฟตอนไมโครเวฟตัวเดียวถูกสร้างขึ้นโดยทีมนักฟิสิกส์อิสระ อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถค้นหาการใช้งานที่หลากหลายในเทคโนโลยีควอนตัม ดาราศาสตร์วิทยุ และแม้กระทั่งในการค้นหาสสารมืด โบโลมิเตอร์ตัว หนึ่งถูกสร้างขึ้นในฟินแลนด์โดยMikko Möttönenและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Aalto และศูนย์วิจัยทางเทคนิค VTT ของฟินแลนด์
ในขณะที่อีกตัวหนึ่งถูกสร้างขึ้นโดยทีมนานาชาติ
ที่นำโดย Kin Chung Fong ที่Raytheon BBN Technologies ในสหรัฐอเมริกา โบโลมิเตอร์วัดพลังงานของรังสีที่เข้ามาโดยกำหนดว่ารังสีทำให้วัสดุร้อนขึ้นมากเพียงใด โบโลมิเตอร์ที่สามารถตรวจจับโฟตอนไมโครเวฟเดี่ยวจะมีประโยชน์มากในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมและเทคโนโลยีอื่น ๆ ที่ใช้ควอนตัมบิตที่มีตัวนำยิ่งยวด (qubits) ทั้งนี้เนื่องจากคิวบิตตัวนำยิ่งยวดโต้ตอบผ่านไมโครเวฟและโฟตอนเดี่ยวเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการถ่ายโอนข้อมูลควอนตัมระหว่างคิวบิต
ช้าเกินไปอย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน การสร้างเครื่องตรวจจับไมโครเวฟแบบโฟตอนเดี่ยวนั้นทำได้ยากเนื่องจากโฟตอนไมโครเวฟมีพลังงานค่อนข้างต่ำ ทีมฟินแลนด์ได้แก้ไขปัญหาพลังงานต่ำด้วยการสร้างโบโลมิเตอร์ที่ใช้โลหะผสมทองคำ-แพลเลเดียมเพื่อดูดซับโฟตอน แม้ว่าอุปกรณ์นี้ทำงานที่ระดับเสียงต่ำมาก แต่ก็ไม่เร็วพอที่จะมีประโยชน์ในการวัดสถานะของคิวบิตที่มีตัวนำยิ่งยวด
ตอนนี้ Möttönen และเพื่อนร่วมงานได้เปลี่ยนตัวดูดซับทองคำ-แพลเลเดียมด้วยตัวดูดซับที่ทำจากกราฟีนซึ่งมีความจุความร้อนต่ำมาก ทำให้กราฟีนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำโบโลมิเตอร์ เนื่องจากความจุความร้อนเป็นตัววัดพลังงานที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของวัสดุหนึ่งองศา
การเปลี่ยนไปใช้กราฟีนช่วยเพิ่มความเร็ว
ของเครื่องตรวจจับได้ถึง 100 เท่า ในขณะที่ระดับเสียงยังคงเท่าเดิม” Pertti Hakonen สมาชิกในทีมอธิบาย อันที่จริง อุปกรณ์ใหม่นี้สามารถทำการวัดได้ในเวลาน้อยกว่าไมโครวินาที ซึ่งเทียบเท่ากับเทคโนโลยีที่ใช้ในปัจจุบันเพื่อวัดสถานะของ qubits Hakonen กล่าวเสริมว่า “หลังจากผลลัพธ์เบื้องต้นเหล่านี้ ยังมีการเพิ่มประสิทธิภาพอีกมากที่เราสามารถทำได้เพื่อทำให้อุปกรณ์ดียิ่งขึ้น”
ทางแยกโจเซฟสันในขณะเดียวกัน Fong และเพื่อนร่วมงานได้สร้างโบโลมิเตอร์ซึ่งกราฟีนถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดที่เรียกว่าชุมทางโจเซฟสัน เมื่อกราฟีนอุ่นขึ้นโดยการดูดซับโฟตอนไมโครเวฟ จะส่งผลต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านทางแยกของโจเซฟสัน ดังนั้นจึงสร้างสัญญาณการตรวจจับ อุปกรณ์นี้เร็วกว่าโบโลมิเตอร์แบบไมโครเวฟถึง 100,000 เท่าจากวัสดุอื่นๆ
โบโลมิเตอร์ที่ใช้กราฟีนทำงานด้วยความเร็วสูงมากสมาชิกในทีมDmitri Efetovที่ ICFO ในบาร์เซโลนาแสดงความคิดเห็นว่า “ความสำเร็จดังกล่าวคิดว่าเป็นไปไม่ได้ด้วยวัสดุแบบดั้งเดิม และกราฟีนก็ทำอุบายอีกครั้ง นี่เป็นการเปิดช่องทางใหม่ทั้งหมดสำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัมสำหรับการคำนวณควอนตัมและการสื่อสารควอนตัม”
Fong และเพื่อนร่วมงานและHakonen และเพื่อนร่วมงาน อธิบายโบโลมิเตอร์ของพวกเขาในเอกสารแยก ต่างหากในNature เพื่อสร้างระบบ WGI ที่สามารถทำได้ทั้งการถ่ายภาพ PET และคอมป์ตัน นักวิจัยได้ใส่วงแหวนกระจายภายในเครื่องสแกน PET ที่มีความลึกของการโต้ตอบทั้งตัว (วงแหวนตัวดูดซับ) เพื่อให้สามารถทดลองถ่ายภาพสัตว์ขนาดเล็กได้ พวกเขาได้ปรับปรุงต้นแบบ WGI ก่อนหน้านี้โดยลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวนกระจายลงครึ่งหนึ่ง
เนื่องจากความละเอียดเชิงพื้นที่ของการสร้างภาพคอมป์ตัน
ลดลงตามสัดส่วนของระยะต้นทาง-ตัวตรวจจับ การปรับเปลี่ยนนี้จึงควรปรับปรุงภาพที่ได้ออกมาด้วย Tashima และคณะได้ทดสอบแพลตฟอร์ม WGI โดยใช้89 Zr เป็นแหล่งกำเนิดภาพ เนื่องจากการสลายตัวผ่านการปล่อยโพซิตรอนและรังสีแกมมา 909 keV ทำให้สามารถเปรียบเทียบภาพ PET และ Compton ได้โดยตรง ควบคู่ไปกับการพัฒนาวิธีการสร้างภาพ 3 มิติขึ้นใหม่โดยผสมผสานการสร้างแบบจำลองฟังก์ชันการตอบสนองของเครื่องตรวจจับ (DRF) การแก้ไขแบบสุ่มและการทำให้เป็นมาตรฐาน พวกเขารายงานการค้นพบของพวกเขาในวิชาฟิสิกส์ในการแพทย์และชีววิทยา
นักวิจัยได้ประเมินความสม่ำเสมอของต้นแบบ WGI โดยการสร้างภาพหลอนทรงกระบอกที่เต็มไปด้วย สารละลาย 89 Zr เมื่อสร้างใหม่โดยไม่ทำให้เป็นมาตรฐาน ภาพ PET จะแสดงสิ่งประดิษฐ์วงแหวนและรูปแบบลายทาง ในขณะที่ภาพคอมป์ตันมีค่าสัมประสิทธิ์การแปรผัน (COV) ที่สูงกว่าในภาคกลาง ภาพ PET และ Compton ที่ถูกทำให้เป็นมาตรฐานนั้นมีคุณภาพใกล้เคียงกัน โดยแสดงความเข้มของกัมมันตภาพรังสีที่สม่ำเสมอทั่วทั้งภาพหลอน และมี COV 3.7% และ 4.8% สำหรับภาพ PET และ Compton ตามลำดับ
เพื่อประเมินความละเอียดเชิงพื้นที่ของรังสี นักวิจัยได้ถ่ายภาพหุ่นจำลองขนาดเล็กที่มีกระจุกของรูทรงกระบอกที่เต็มไปด้วย สารละลาย 89 Zr ภาพ PET สามารถแก้ไขรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.2 มม. ได้อย่างชัดเจน ภาพคอมป์ตันแก้ไขรูขนาด 3.0 มม. ในบริเวณรอบข้างด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ต่ำกว่าในภาคกลาง
ในที่สุด ทีมงานได้ฉีดเมาส์ที่มี 9.8 MBq 89 Zr-oxalate และหนึ่งวันต่อมาก็ใช้ต้นแบบ WGI เพื่อสร้างภาพสัตว์เป็นเวลา 1 ชั่วโมง วงแหวนดูดซับ (ที่มีเครื่องตรวจจับ PET) มีความยาวแกน 214 มม. – เพียงพอที่จะครอบคลุมทั้งตัวสัตว์ ภาพ PET แสดงให้เห็นเมาส์ทั้งหมดโดยเปิดเผยว่า89 Zr อยู่ในกระดูกของมัน
วงแหวนกระจายมีความยาวเพียง 52 มม. ดังนั้นนักวิจัยจึงวางลำตัวของสัตว์ในวงแหวนและส่วนหัวและหางด้านนอก อย่างไรก็ตาม ในโหมดการถ่ายภาพคอมป์ตัน ระบบ WGI สามารถสร้างการกระจายนอกวงแหวนและสร้างภาพของร่างกายเกือบทั้งหมด รูปภาพของคอมป์ตันเข้ากันได้ดีกับภาพ PET โดยแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึง89 Zr ในกระดูกของเมาส์ แม้ว่าคุณภาพของภาพจะดีกว่าสำหรับพื้นที่ภายในวงแหวนกระจายมากกว่าภายนอก
Credit : equinac.org eroticablog.net escortlartrabzon.net extremeot.net faiteslaville.org
