p O diamante puro consiste em átomos de carbono em uma estrutura de cristal perfeita. Mas remova alguns carbonos e troque alguns outros por nitrogênio, e você obtém um diamante com propriedades especiais de detecção quântica. Essas propriedades são úteis para aplicações de informações quânticas e campos magnéticos de detecção, e como uma plataforma para sondar os mistérios da física quântica. p Quando um átomo de nitrogênio está próximo ao espaço desocupado por um átomo de carbono, ele forma o que é chamado de centro de vacância de nitrogênio (NV). Agora, pesquisadores mostraram como podem criar mais centros NV, o que torna a detecção de campos magnéticos mais fácil, usando um método relativamente simples que pode ser feito em muitos laboratórios. Eles descrevem seus resultados esta semana em Cartas de Física Aplicada .

p O sensoriamento de campo magnético apresenta um excelente exemplo da importância desse sensoriamento. A luz verde pode induzir os centros NV a apresentar fluorescência e emitir luz vermelha, mas a quantidade dessa fluorescência muda na presença de um campo magnético. Ao medir o brilho da fluorescência, Os centros de diamante NV podem ajudar a determinar a força do campo magnético. Tal dispositivo pode fazer imagens magnéticas de uma variedade de tipos de amostra, incluindo rochas e tecido biológico.

p A sensibilidade desse tipo de detecção magnética é determinada pela concentração de centros NV, enquanto as vagas que não estão emparelhadas com nitrogênio criam ruído. Conversão eficiente de vagas em centros NV, Portanto, bem como maximizar a concentração de centros NV, desempenha um papel fundamental no avanço desses métodos de detecção.

p Os pesquisadores normalmente compram diamantes dopados com nitrogênio de uma empresa separada. Eles então bombardeiam o diamante com elétrons, prótons ou outras partículas, que remove alguns dos átomos de carbono, deixando vagas para trás. Finalmente, um processo de aquecimento chamado annealing desloca as vagas próximas aos átomos de nitrogênio para formar os centros NV. O problema é que a irradiação muitas vezes requer o envio de sua amostra para uma instalação separada, o que é caro e demorado.

p "O que é especial em nossa abordagem é que ela é muito simples e direta, "disse Dima Farfurnik da Universidade Hebraica de Jerusalém em Israel." Você obtém concentrações de NV suficientemente altas que são apropriadas para muitas aplicações com um procedimento simples que pode ser feito internamente. "

p Seu método usa bombardeio de elétrons de alta energia em um microscópio eletrônico de transmissão (TEM), um instrumento acessível a muitos pesquisadores, para criar centros NV localmente. Normalmente, um TEM é usado para materiais de imagem em resoluções de subnanômetro, mas seu estreito feixe de elétrons também pode irradiar diamantes.

p Outros mostraram que os TEMs podem criar centros NV em amostras especializadas de diamantes, mas os pesquisadores neste estudo testaram com sucesso o método em várias amostras de diamante disponíveis comercialmente.

p Em um típico, amostra não tratada, menos de 1 por cento dos átomos de nitrogênio formam centros NV. Mas, usando um TEM, os pesquisadores aumentaram essa eficiência de conversão para até 10%. Em certos casos, as amostras atingiram seu limite de saturação, e mais irradiação não era mais eficaz. Para outras amostras, Contudo, os pesquisadores não atingiram esse limite, sugerindo que a irradiação adicional poderia aumentar ainda mais a eficiência. Com maior eficiência de conversão, e pequenos volumes de irradiação possíveis com um TEM, dispositivos como sensores magnéticos podem ser mais compactos.

p Para garantir que o método não prejudicasse a eficácia dos NVs em aplicações como detecção de campos magnéticos, os pesquisadores confirmaram que o período de tempo que os centros NV permanecem em seus estados - o tempo de coerência - não mudou.

p Empacotar centros NV suficientes em um diamante permitiria aos físicos sondar as interações quânticas entre os próprios centros. Esta pesquisa pode permitir a criação de um estado quântico único denominado estado comprimido, que nunca foi demonstrado antes de uma forma sólida e pode levar as capacidades de detecção desses sistemas além dos limites clássicos de hoje.

p "Esperamos que o maior número de centros NV devido à irradiação sirva como um trampolim para este objetivo ambicioso de longo prazo, "Farfurnik disse.