Ett revolutionerande verktyg skapat av forskare vid University of Sheffield har gjort det möjligt för forskare att analysera nanometerstora enheter utan att förstöra dem för första gången, öppnar dörren till en ny våg av teknik.

Den nukleära magnetiska resonansapparaten – utvecklad av universitetets institution för fysik och astronomi – kommer att möjliggöra vidareutveckling och nya applikationer för nanoteknik som alltmer används för att skörda solenergi, datoranvändning, kommunikationsutvecklingen och även inom det medicinska området.

Forskare kan nu analysera nanostrukturer på en aldrig tidigare skådad detaljnivå utan att förstöra materialen i processen, en begränsning som forskare över hela världen stod inför innan Sheffield-experternas genombrott.

Dr Alexander Tartakovskii, som ledde ett team av forskare, sa:"Vi har utvecklat ett nytt viktigt verktyg för mikroskopisk analys av nanostrukturer. De mycket små mängderna materia som används i nanostrukturer – elektronernas och fotonernas beteende – styrs av nya kvanteffekter, helt annorlunda än vad som händer i bulkmaterial.

"Utvecklingen kräver noggrann strukturanalys, för att förstå hur nanostrukturerna bildas, och hur vi kan bygga dem för att förbättra och kontrollera deras användbara egenskaper. Befintliga strukturanalysmetoder, nyckeln för forskning och utveckling av nya material, är invasiva:en nanostruktur skulle irreversibelt förstöras under experimentets process, och, som ett resultat, den viktiga länken mellan de strukturella och elektroniska eller fotoniska egenskaperna skulle vanligtvis gå förlorad. Denna begränsning är nu övervunnen av våra nya tekniker, som förlitar sig på inneboende icke-invasiv kärnmagnetisk resonans (NMR) sondering. "

Resultaten öppnar ett nytt sätt för nanoteknik, en fullständig karaktärisering av ett nytt material och ny halvledarnanoenhet utan att förstöra dem, vilket innebär mer forskning och utveckling och tillverkningsprocesser för enheter.

Dr Tarakovskii tillade:"Vi har utvecklat nya tekniker som möjliggjorde oöverträffad känslighet och förbättring av NMR-signalen i nanostrukturer. Särskilda nanostrukturer av intresse i vår forskning är halvledarkvantprickar, som undersöks brett för sina lovande fotoniska tillämpningar, och potential för användning i en ny typ av datorhårdvara som använder kvantlogik.

"Resultatet av våra experiment var ganska oväntat och förändrade vår förståelse av arkitekturen för dessa nanomaterial:vi lärde oss ny information om den kemiska sammansättningen av kvantprickar, och även hur atominriktningen inuti prickarna avviker från den för en perfekt kristall. Viktigt, många fler mätningar av optiska och magnetiska egenskaper kan göras på samma kvantprickar som har genomgått NMR-sondering."

Utvecklingen av de nya teknikerna och allt experimentellt arbete utfördes av Dr Evgeny Chekhovich i gruppen av Dr Alexander Tartakovskii vid institutionen för fysik och astronomi i Sheffield. Quantum dot-prover som används i detta arbete har också tillverkats i Sheffield, i EPSRC National Facility for III-V Semiconductor Technology.