p Obter uma compreensão precisa das estruturas magnéticas é um dos principais objetivos da física do estado sólido. Uma pesquisa significativa está sendo realizada neste campo, o objetivo é desenvolver futuras aplicações de processamento de dados que usem minúsculas estruturas magnéticas como portadores de informação. Físicos da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e do Helmholtz Institute Mainz (HIM) apresentaram recentemente um novo método para investigar estruturas magnéticas combinando duas técnicas diferentes. Isso permite medir e mapear a magnetização, bem como os campos magnéticos da amostra. Envolvidos no projeto estavam físicos atômicos do grupo de trabalho liderado pelo professor Dmitry Budker e a equipe de físicos experimentais de estado sólido liderada pelo professor Mathias Kläui. Os resultados foram publicados em Revisão Física Aplicada . p "Neste projeto, combinamos duas técnicas de detecção quântica que nunca antes haviam sido usadas juntas para analisar uma amostra, "explicou Till Lenz, primeiro autor do artigo e doutorando no grupo de Budker. Um método bem conhecido empregado na física do estado sólido usa o efeito Kerr magneto-óptico (MOKE) para detectar campos magnéticos e magnetização. "Mas isso nos dá apenas uma quantidade limitada de informações, "disse Lenz. Por este motivo, os pesquisadores decidiram combinar o efeito Kerr com métodos de magnetometria que utilizam os chamados centros de cores de diamante para permitir também o mapeamento de campos magnéticos. "Esperamos que isso leve a novos insights quando se trata de física de estado sólido e estruturas ferromagnéticas, "afirmou Georgios Chatzidrosos, também aluno de doutorado no grupo Budker. O professor Mathias Kläui está entusiasmado com os novos recursos de medição:"O uso de sondas de diamante oferece uma sensibilidade que abre opções totalmente novas com relação aos potenciais de medição."

p Novos métodos de medição combinados podem ser usados ​​em uma ampla gama de diferentes condições ambientais

p O diamante não é apenas uma pedra preciosa, mas também é usado para fazer ferramentas de corte e amolagem. Defeitos específicos na estrutura do cristal de diamante resultam em propriedades que podem ser usadas para examinar estruturas magnéticas. Esses centros de cores, também conhecido como centros de vacância de nitrogênio, são defeitos pontuais na estrutura da rede de carbono do diamante. O grupo de pesquisa liderado pelo professor Dmitry Budker usa esses centros de cores no diamante como sondas para medir fenômenos magnéticos.

p Os magnetômetros baseados em diamante podem funcionar em temperaturas muito baixas, bem como em temperaturas acima da temperatura ambiente, enquanto as distâncias necessárias entre a amostra e a sonda podem ser minúsculas, na faixa de apenas alguns nanômetros. “Temos uma fina camada de defeitos de nitrogênio em um cristal de diamante e com isso podemos mapear estruturas magnéticas e tirar fotos de campos magnéticos, "explicou o Dr. Arne Wickenbrock do grupo Budker. E o co-autor, Dr. Lykourgos Bougas, acrescentou:" Mapeando todos os componentes de um campo magnético, podemos complementar e ampliar as possibilidades oferecidas pelas medições magneto-ópticas. "

p “A sonda que funciona com a ajuda de centros de cores de diamante é muito mais sensível do que as ferramentas convencionais e nos fornece resultados extremamente bons. Podemos acessar algumas amostras fascinantes, o que resulta em oportunidades únicas de cooperação, "enfatizou o professor Mathias Kläui, descrevendo a vantagem da colaboração entre os dois grupos de pesquisa. "Combinar nossas técnicas de medição complementares permite a reconstrução completa das propriedades magnéticas de nossas amostras." O artigo publicado recentemente é o produto do trabalho em equipe dentro da Área de Pesquisa de Nível Superior Dinâmica e Topologia (TopDyn) na JGU, que é financiado pelo estado da Renânia-Palatinado. Além disso, o trabalho também foi realizado sob a égide do projeto 3D MAGiC, que foi lançado em colaboração com Forschungszentrum Jülich e Radboud University Nijmegen na Holanda e recebeu um ERC Synergy Grant.

p Para citar o artigo publicado na Physical Review Applied:"Nosso conceito representa uma nova plataforma para imagens de campo amplo da magnetização e campos magnéticos resultantes de estruturas magnéticas usando sensores magnéticos de diamante projetados e uma configuração óptica que permite ambas as modalidades de medição." Além dos dois grupos de trabalho JGU e HIM, também estava envolvido o professor Yannick Dumeige da Université de Rennes 1 na França, que, como recebedor do Prêmio de Pesquisa Friedrich Wilhelm Bessel da Fundação Alexander von Humboldt em 2018, também trabalhou com o grupo Budker. Professor Kai-Mei Fu, físico da Universidade de Washington, também participou do projeto como um distinto visitante do HIM.

p Olhando para o futuro, os parceiros da cooperação pretendem utilizar a nova técnica para analisar diversos aspetos multidisciplinares de particular interesse para os respetivos grupos. Isso inclui a investigação de materiais magnéticos bidimensionais, os efeitos magnéticos da quiralidade molecular, e supercondutividade de alta temperatura.