Físicos da Universidade de Iowa propuseram uma nova técnica para detectar e medir materiais que emitem sinais magnéticos fracos ou não possuem nenhum campo magnético. A solução deles usaria uma sonda não invasiva para induzir uma resposta magnética no material sendo estudado e, em seguida, detectar como essa resposta altera o próprio campo magnético da sonda.

A técnica tem muitas aplicações potenciais no mundo real, incluindo o rendimento de máquinas de imagem por ressonância magnética (MRI) mais sensíveis, desenvolver memória de armazenamento de alta velocidade na indústria de semicondutores, e a produção de unidades de processamento de computador (CPUs) mais eficientes.

"Esta abordagem foi projetada para medir a situação em que, se você não tivesse a sonda por perto, você não veria nada. Não haveria nenhum campo magnético, "diz Michael Flatté, professor de física e astronomia e autor sênior do artigo publicado na revista Cartas de revisão física . "É apenas a própria sonda que está causando a presença dos campos magnéticos."

A sonda faz isso criando "momentos magnéticos" em materiais que, de outra forma, iriam emitir um campo magnético fraco ou não teriam nenhum campo magnético. Momentos magnéticos ocorrem quando um grupo de elétrons se orienta na mesma direção, muito parecido com pequenas agulhas de bússola, todas apontando, dizer, norte. Essa orientação uniforme cria um minúsculo campo magnético. Ferro, por exemplo, produz uma resposta forte porque a maioria de seus elétrons é orientada na mesma direção quando encontra uma força magnética.

Tudo o que é preciso para a sonda, que tem apenas alguns nanomaters de diâmetro, criar um momento magnético é dois de seus seis elétrons se encaixarem na mesma orientação direcional. Quando isso acontecer, a sonda estimula elétrons suficientes em materiais com campos magnéticos fracos ou inexistentes para se reorientar, criando um momento magnético no material - ou apenas o suficiente de um - que a sonda pode detectar. Como o momento magnético do material influencia o próprio campo magnético da sonda é mensurável, que dá aos pesquisadores os meios para calcular as dimensões físicas do material, como sua espessura.

"Esses elétrons (em materiais com campos magnéticos fracos ou inexistentes) têm seu próprio campo que atua de volta na sonda e distorce a sonda (de uma forma) que você pode medir, "diz Flatté, diretor do Centro de Tecnologia de Ciências Óticas da UI.

Isso se torna importante ao tentar capturar as dimensões de camadas magnéticas que estão enterradas ou imprensadas entre camadas não magnéticas. Essas situações surgem ao trabalhar com semicondutores e aumentarão com o avanço do processamento do computador.

"Calculamos a resposta magnética, e a partir disso saberíamos onde terminam os campos magnéticos e, assim, saberíamos a espessura da camada, "Flatté diz.

O conceito baseia-se em uma abordagem emergente de amostragem chamada magnetometria de centro de vacância de nitrogênio. Esta técnica, que se baseia em um defeito introduzido na estrutura de cristal de um diamante (substituindo em um átomo de nitrogênio por dois átomos de carbono), é eficaz em parte porque a sonda que usa (como a sonda UI proposta) é feita de diamante, que cria pequenos momentos magnéticos essenciais para a detecção de campos magnéticos nos materiais estudados.

Mas há uma desvantagem:a magnetometria do centro de vacância de nitrogênio só funciona com materiais magnetizados. Isso exclui supercondutores, onde o campo magnético deixa de existir em certas temperaturas, e muitos outros materiais. A solução proposta de Flatté e co-autor Joost van Bree contorna isso usando a sonda para criar um campo magnético que força materiais com campos magnéticos fracos ou inexistentes a reagir a ele.

"Se você aplicar um campo magnético a um supercondutor, ele tentará cancelar o campo magnético aplicado a ele, "Flatté diz." Mesmo que esteja fazendo isso, ele cria um campo magnético fora de si mesmo que afeta os centros de rotação. Isso é o que pode ser detectado. "