Cientistas da Universidade de Tsukuba demonstraram como a espectroscopia ultrarrápida pode ser usada para melhorar a resolução temporal de sensores quânticos. Ao medir a orientação de spins coerentes dentro de uma rede de diamante, eles mostraram que os campos magnéticos podem ser medidos mesmo em tempos muito curtos. Este trabalho pode permitir o avanço do campo de medições de altíssima precisão conhecidas como metrologia quântica, bem como computadores quânticos "spintrônicos" que operam com base em spins de elétrons.
O sensoriamento quântico oferece a possibilidade de monitoramento extremamente preciso da temperatura, bem como dos campos magnéticos e elétricos, com resolução nanométrica. Ao observar como essas propriedades afetam as diferenças de nível de energia dentro de uma molécula sensora, novos caminhos no campo da nanotecnologia e da computação quântica podem se tornar viáveis. No entanto, a resolução de tempo dos métodos convencionais de detecção quântica foi anteriormente limitada à faixa de microssegundos devido aos tempos de vida limitados da luminescência. Uma nova abordagem é necessária para ajudar a refinar o sensoriamento quântico.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Tsukuba desenvolveu um novo método para implementar medições de campo magnético em um conhecido sistema de detecção quântica. Os centros de vacância de nitrogênio (NV) são defeitos específicos em diamantes nos quais dois átomos de carbono adjacentes foram substituídos por um átomo de nitrogênio e uma vacância. O estado de spin de um elétron extra neste local pode ser lido ou manipulado de forma coerente usando pulsos de luz.

"Por exemplo, o estado de rotação NV carregado negativamente pode ser usado como um magnetômetro quântico com um sistema de leitura totalmente óptico, mesmo à temperatura ambiente", diz o primeiro autor Ryosuke Sakurai. A equipe usou um efeito "Inverse Cotton-Mouton" para testar seu método. O efeito Cotton-Mouton normal ocorre quando um campo magnético transversal cria birrefringência, que pode mudar a luz polarizada linearmente para ter uma polarização elíptica. Neste experimento, os cientistas fizeram o oposto e usaram luz de diferentes polarizações para criar pequenos campos magnéticos locais controlados.

"Com a detecção quântica opto-magnética não linear, será possível medir campos magnéticos locais, ou correntes de spin, em materiais avançados com alta resolução espacial e temporal", disse o autor sênior Muneaki Hase e seu colega Toshu An no Instituto Avançado de Ciências do Japão. e Tecnologia, digamos. A equipe espera que este trabalho ajude a habilitar computadores spintrônicos quânticos que são estados de rotação sensíveis, não apenas carga elétrica como nos computadores atuais. A pesquisa, que aparece em APL Photonics , também pode permitir que novos experimentos observem mudanças dinâmicas em campos magnéticos ou possivelmente até rotações únicas sob condições realistas de operação do dispositivo. + Explorar mais

As correntes em nanoescala melhoram a compreensão dos fenômenos quânticos