Cientistas da Divisão de Física da Universidade de Tsukuba usaram o efeito quântico chamado ‘spin-locking’ para aumentar significativamente a resolução ao realizar imagens de radiofrequência de defeitos de vacância de nitrogênio no diamante. Este trabalho pode levar a análises de materiais mais rápidas e precisas, 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 rede de um diamante, no qual dois átomos de carbono adjacentes foram substituídos por um átomo de nitrogênio e um vazio. Isso deixa um elétron desemparelhado, que pode ser detectado por ondas de radiofrequência, porque sua probabilidade de emitir um fóton depende de seu estado de spin. No entanto, a resolução espacial da detecção de ondas de rádio usando técnicas convencionais de radiofrequência permaneceu abaixo 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 propulsor faz com que a direção do giro ocorra, como um topo 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”, explica o primeiro autor, Professor Shintaro Nomura. Devido à alta densidade de centros NV nas amostras de diamante usadas, o sinal coletivo que eles produziram pode ser facilmente captado com este 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 semelhantes existentes”, continua o professor Nomura, “e foi limitada 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, a caracterização de moléculas polares, polímeros e proteínas, bem como a caracterização de materiais. Também pode ser usado em aplicações médicas – por exemplo, como uma nova maneira de realizar magnetocardiografia.
Publicado em 10/07/2021 12h51
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