Medir campos magnéticos fracos é um negócio de trilhões de dólares. Gigabytes de dados, armazenado e rapidamente recuperado de fichas do tamanho de uma moeda, estão no cerne da eletrônica de consumo. Densidades de dados ainda mais altas podem ser alcançadas aumentando a sensibilidade da detecção magnética - talvez até níveis de nano-tesla.

Maior sensibilidade magnética também é útil em muitas áreas científicas, como a identificação de biomoléculas como DNA ou vírus. Muitas vezes, essa pesquisa deve ocorrer em um ambiente quente, ambiente úmido, onde as condições de limpeza ou baixas temperaturas não são possíveis. Os cientistas da JQI abordam essa preocupação desenvolvendo um sensor de diamante que opera em um ambiente fluido. O sensor faz mapas magnéticos (com uma sensibilidade de 17 micro-tesla) de pequenas partículas (um substituto para biomoléculas reais) com uma resolução espacial de cerca de 50 nm. Esta é provavelmente a medição magnética mais sensível realizada à temperatura ambiente em microfluídica.

Os resultados do novo experimento conduzido pelo cientista JQI Edo Waks (um professor da Universidade de Maryland) e seus associados aparecem no jornal NanoLetters .

Centros Diamond NV

No coração do sensor está um minúsculo nanocristal de diamante. Este diamante, quando trazido para perto de uma partícula magnética ao mesmo tempo em que é banhado por luz laser e um sinal sutil de micro-ondas, irá apresentar fluorescência de maneira proporcional à força do próprio campo magnético da partícula. Assim, a luz do diamante é usada para mapear o magnetismo.

Como o diamante funciona e como a partícula é manobrada perto o suficiente do diamante para ser digitalizada?

O nanocristal de diamante é feito no mesmo processo pelo qual os diamantes sintéticos são formados, em um processo chamado deposição química de vapor. Alguns dos diamantes têm pequenas imperfeições, incluindo ocasionalmente átomos de nitrogênio em substituição de átomos de carbono. Às vezes, um átomo de carbono está faltando completamente na estrutura sólida de diamante fortemente coordenada. Nos casos em que o nitrogênio (N) e a vacância (V) estão próximos um do outro, um efeito óptico interessante pode ocorrer. A combinação NV atua como uma espécie de átomo artificial denominado centro de cor NV. Se solicitado pelo tipo certo de laser verde, o centro NV brilhará. Isso é, se absorverá luz laser verde e emitirá luz vermelha, um fóton de cada vez.

A taxa de emissão de NV pode ser alterada na presença de campos magnéticos em nível microscópico. Para que isso aconteça, no entanto, os níveis de energia interna do centro NV tem que estar certos, e isso acontece quando o centro é exposto a sinais da fonte de radiofrequência (mostrada na borda da figura) e aos campos emitidos pela própria partícula magnética próxima.

A partícula flutua em um lago raso de solução à base de água desionizada em uma configuração chamada de chip microfluídico. O diamante está firmemente preso ao fundo deste lago. A partícula se move, e é direcionado ao redor do chip quando os eletrodos posicionados nos canais induzem os íons no líquido a formar correntes suaves. Como um navio navegando para a Europa com a ajuda da Corrente do Golfo, a partícula monta essas correntes com controle submícron. A partícula pode até ser manobrada na direção vertical por uma bobina magnética externa (não mostrada no desenho).

"Pretendemos usar vários diamantes para fazer análises magnéticas vetoriais complexas., "diz o estudante Kangmook Lim, o autor principal da publicação. "Também usaremos diamantes flutuantes em vez de estacionários, o que seria muito útil para a varredura de nanomagnetismo de amostras biológicas. "