Cientistas da Divisão de Física da Universidade de Tsukuba usaram o efeito quântico chamado 'bloqueio de spin' para aumentar significativamente a resolução ao realizar imagens de radiofrequência de defeitos de vacância de nitrogênio no diamante. Este trabalho pode levar a uma análise de material mais rápida e precisa, bem como um caminho para computadores quânticos práticos.

Os centros de vacância de nitrogênio (NV) há muito tempo são estudados quanto ao seu uso potencial em computadores quânticos. Um centro NV é um tipo de defeito na estrutura de um diamante, em que dois átomos de carbono adjacentes foram substituídos por um átomo de nitrogênio e um vazio. Isso deixa um elétron desemparelhado, que podem ser detectados usando ondas de radiofrequência, porque sua probabilidade de emitir um fóton depende de seu estado de spin. Contudo, a resolução espacial da detecção de ondas de rádio usando técnicas convencionais de radiofrequência permaneceu aquém do ideal.

Agora, pesquisadores da Universidade de Tsukuba levaram a resolução ao seu limite, empregando uma técnica chamada 'bloqueio de rotação'. Os pulsos de microondas são usados ​​para colocar o spin do elétron em uma superposição quântica de para cima e para baixo simultaneamente. Então, um campo eletromagnético de condução faz com que a direção da rotação precesse ao redor, como um pião oscilante. O resultado final é um spin de elétron protegido contra ruído aleatório, mas fortemente acoplado ao equipamento de detecção. "Spin-locking garante alta precisão e sensibilidade da imagem do campo eletromagnético, "o primeiro autor, Professor Shintaro Nomura, explica. Devido à alta densidade de centros NV nas amostras de diamante usadas, o sinal coletivo que eles produziram poderia ser facilmente captado com esse método. Isso permitiu a detecção de coleções de centros NV na escala do micrômetro. "A resolução espacial que obtivemos com imagens de RF foi muito melhor do que com métodos existentes semelhantes, "Professor Nomura continua, "e foi limitado apenas pela resolução do microscópio óptico que usamos."

A abordagem demonstrada neste projeto pode ser aplicada em uma ampla variedade de áreas de aplicação - por exemplo, as caracterizações de moléculas polares, polímeros, e proteínas, bem como a caracterização dos materiais. Também pode ser usado em aplicações médicas - por exemplo, como uma nova forma de realizar magnetocardiografia.