Uma amostra de diamante iluminada por luz verde em um microscópio customizado. A amostra é colocada em uma montagem especial, dentro de uma placa de circuito impresso, usado para fornecer microondas que permitem manipulações quânticas e detecção magnética com os NVs. Crédito:Yoav Romach
Os pesquisadores descobriram que conjuntos densos de spins quânticos podem ser criados em diamante com alta resolução usando um microscópio eletrônico, pavimentando o caminho para sensores e recursos aprimorados para tecnologias quânticas.
Os diamantes são feitos de átomos de carbono em uma estrutura cristalina, mas se um átomo de carbono for substituído por outro tipo de átomo, isso resultará em um defeito de rede. Um desses defeitos é a vacância de nitrogênio (NV), onde um átomo de carbono é substituído por um átomo de nitrogênio, e seu vizinho está faltando (um espaço vazio permanece em seu lugar).
Se este defeito for iluminado com um laser verde, em resposta, ele emitirá luz vermelha (fluorescente) com uma característica interessante:sua intensidade varia dependendo das propriedades magnéticas do ambiente. Este recurso exclusivo torna o centro NV particularmente útil para medir campos magnéticos, imagem magnética (MRI), e computação quântica e informação.
A fim de produzir detectores magnéticos ideais, a densidade desses defeitos deve ser aumentada sem aumentar o ruído ambiental e danificar as propriedades do diamante.
Agora, cientistas do grupo de pesquisa de Nir Bar-Gill no Instituto de Física e Departamento de Física Aplicada da Universidade Hebraica de Jerusalém Racah, em cooperação com o Prof. Eyal Buks do Technion - Instituto de Tecnologia de Israel, mostraram que densidades ultra-altas de centros NV podem ser obtidas por um processo simples de uso de feixes de elétrons para expulsar átomos de carbono da rede.
Os pesquisadores da Universidade Hebraica Nir Bar-Gill e Dima Farfurnik com um microscópio magnético de diamante. Crédito:Nir Bar-Gill
Este trabalho, publicado na revista científica Cartas de Física Aplicada , é uma continuação do trabalho anterior no campo, e demonstra uma melhoria nas densidades dos centros NV em uma variedade de tipos de diamantes. A irradiação é realizada usando um microscópio de feixe de elétrons (Microscópio Eletrônico de Transmissão ou TEM), que foi especificamente convertido para este fim. A disponibilidade deste dispositivo em centros de nanotecnologia em muitas universidades em Israel e ao redor do mundo permite este processo com alta precisão espacial, de forma rápida e simples.
As densidades aprimoradas dos centros de cores NV obtidas, ao mesmo tempo em que mantém suas propriedades quânticas exclusivas, prenunciam melhorias futuras na sensibilidade das medições magnéticas de diamante, bem como direções promissoras no estudo da física do estado sólido e teoria da informação quântica.
Os centros de cores Nitrogen Vacancy (NV) exibem propriedades notáveis e únicas, incluindo longos tempos de coerência à temperatura ambiente (~ ms), inicialização óptica e leitura, e controle coerente de microondas.
Uma câmara de amostra criogênica, com amostra de diamante montada em placa fria de cobre. Crédito:Yoav Romach
"Este trabalho é um passo importante para a utilização de centros NV em diamante como recursos para tecnologias quânticas, como detecção aprimorada, simulação quântica e potencialmente processamento de informação quântica ", disse Bar-Gill, um professor assistente no Departamento de Física Aplicada e no Instituto Racah de Física da Universidade Hebraica, onde fundou a Quantum Information, Laboratório de simulação e detecção.
"O que é especial em nossa abordagem é que ela é muito simples e direta, "disse o pesquisador da Universidade Hebraica Dima Farfurnik." Você obtém concentrações de NV suficientemente altas que são apropriadas para muitas aplicações com um procedimento simples que pode ser feito internamente. "
