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<\/a>\nDOE\/Lawrence Berkeley National Laboratory<\/a><\/p>\n
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\nDOE\/Lawrence Berkeley National Laboratory<\/a><\/p>\nDiamantes defeituosos prometem sensibilidade perfeita<\/a><\/h1>\n
Pesquisadores do Laborat\u00f3rio Berkeley e seus colegas estendem o spin dos el\u00e9trons nos diamantes para fazer detectores magn\u00e9ticos incrivelmente pequenos<\/h2>\n
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| <\/td>\n | <\/td>\n | ![\"\"](\"http:\/\/media.eurekalert.org\/multimedia_prod\/pub\/rel\/56392_rel.jpg\") ![\"\"](\"http:\/\/www.eurekalert.org\/images\/eutube\/icon_image_tiny.gif\"){kind=icon} \u00a0IMAGEM:<\/b><\/a>\u00a0Um centro de vac\u00e2ncia de nitrog\u00eanio \u00e9 um tipo de defeito puntual na estrutura cristalina de um diamante, no qual um \u00e1tomo de nitrog\u00eanio fica no lugar de um \u00e1tomo de carbono e fica uma vaga imediatamente adjacente ao nitrog\u00eanio.Clique aqui para mais informa\u00e7\u00f5es.<\/a><\/td>\n | <\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n |
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| <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n Desde o c\u00e9rebro, passando pelo cora\u00e7\u00e3o e chegando ao est\u00f4mago, os corpos dos animais geram campos magn\u00e9ticos fracos que um detector ultra sens\u00edvel poderia usar para descobrir doen\u00e7as, rastrear drogas \u2013 e, quem sabe?… at\u00e9 ler mentes. Sensores do tamanho da unha do polegar poderiam mapear dep\u00f3sitos de g\u00e1s no subsolo, analisar subst\u00e2ncias qu\u00edmicas e descobrir explosivos que poderiam se esconder de outras sondas.<\/p>\n Agora os cientistas do Laborat\u00f3rio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) do Departamento de Energia e da Universidade da California em Berkeley, em conjunto com seus colegas da Universidade Harvard, conseguiram aumentar o desempenho de um dos sensores mais potentes poss\u00edveis de campos magn\u00e9ticos em nanoescala \u2013 um defeito em um diamante do tamanho de um par de \u00e1tomos, chamado um “centro de vac\u00e2ncia de nitrog\u00eanio” (nitrogen vacancy = NV center).<\/p>\n As descobertas da equipe de pesquisadores pode eventualmente permitir a fabrica\u00e7\u00e3o de rel\u00f3gios menores que um chip de computador e, ainda assim, precisos at\u00e9 uns poucos quatrilh\u00f5es de segundo, ou sensores de movimentoa mais r\u00e1pidos e com maior toler\u00e2ncia a temperaturas extremas do que os girosc\u00f3pios em smartphones<\/em>. N\u00e3o demora muito e um chip barato de diamante pode ser capaz de nuclear um computador qu\u00e2ntico. A equipe relata seus resultados em Nature Communications<\/i>.<\/p>\n Um sensor feito de diamante<\/b><\/i><\/p>\n Centros de vac\u00e2ncia de nitrog\u00eanio s\u00e3o um dos defeitos mais comuns em diamantes. Quando um \u00e1tomo de nitrog\u00eanio substitui um \u00e1tomo de carbono no cristal de diamante e fica emparelhado com um espa\u00e7o vazio (onde falta um \u00e1tomo de carbono que devia estar l\u00e1), neste centro fica um n\u00famero de el\u00e9trons, soltos dos \u00e1tomos de carbono que deveriam estar naqueles lugares.<\/p>\n Os estados dos spins dos el\u00e9trons s\u00e3o bem definidos e muito sens\u00edveis a campos magn\u00e9ticos, campos el\u00e9tricos e luz*, de forma que podem ser facilmente dispostos, ajustados e lidos por lasers.<\/p>\n “Os estados de spin dos centros NV s\u00e3o est\u00e1veis ao longo de um amplo espectro de temperaturas, de muito quente a muito frio”, diz Dmitry Budker da Divis\u00e3o de Ci\u00eancia Nuclear do Berkeley Lab, que tamb\u00e9m \u00e9 professor de f\u00edsica da UC Berkeley. Mesmo pequenas lascas de diamante que custam centavos por grama, podem ser usadas como sensores, porque, como afirma Budker, “n\u00f3s podemos \u00a0controlar o n\u00famero de centros NV no diamante apenas os irradiando ou assando”, ou seja, dando-lhes t\u00eampera.<\/p>\n O desafio \u00e9 manter a informa\u00e7\u00e3o inerente nos estados de spin do centro NV, uma vez que esta tenha sido l\u00e1 codificada, sem deix\u00e1-la vazar antes que se possa realizar medi\u00e7\u00f5es: nos centros NV, isso requer a extens\u00e3o do que \u00e9 chamado de tempo de “coer\u00eancia” dos spins dos el\u00e9trons, ou seja, o tempo que os spins permanecem sincronizados entre si.<\/p>\n Recentemente Budker trabalhou com Ronald Walsworth de Harvard em uma equipe que inclu\u00eda Nir Bar-Gill de Harvard e \u00a0Andrey Jarmola pesquisador p\u00f3s-doutorado da UC Berkley. Eles conseguiram estender o tempo de coer\u00eancia de um conjunto de spins de el\u00e9trons de um centro NV por mais de duas ordens de magnitude acima das experi\u00eancias anteriores.<\/p>\n “Para mim, o aspecto mais entusiasmante deste resultado \u00e9 a possibilidade de estudar as mudan\u00e7as nas formas com que os centros NV interagem entre si”, diz Bar-Gill, autor principal do artigo e que estar\u00e1 indo para a Universidade\u00a0Hebraica\u00a0em Jerusal\u00e9m no segundo semestre deste ano. “Isto \u00e9 poss\u00edvel porque os tempos de coer\u00eancia s\u00e3o muito mais longos do que aquele necess\u00e1rio para as intera\u00e7\u00f5es entre os centros NV”.<\/p>\n E Bar-Gill acrescenta: “Agora podemos imaginar a engenharia de amostras de diamantes para realizar arquiteturas de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica”. Os centros NV interativos fazem o papel dos bits em computadores qu\u00e2nticos, chamados qubits. Onde um d\u00edgito bin\u00e1rio (bit) representa um 0 ou 1, um qubit representa 1 e 0 superpostos, um estado tipo “Gato-de-Schr\u00f6dinger” simult\u00e2neo que persiste enquanto os estados forem coerentes, at\u00e9 que uma medi\u00e7\u00e3o seja feita e fa\u00e7a colapsar todos os qubits emaranhados de uma s\u00f3 vez.<\/p>\n “N\u00f3s empregamos alguns truques para nos livrarmos de fontes de descoer\u00eancia”, diz Budker. “Um deles foi usar amostras de diamante especialmente preparadas para serem feitas apenas de puro carbono-12”. Os diamantes naturais incluem uma pequena quantidade do is\u00f3topo carbono-13, cujo spin nuclear acelera a descoer\u00eancia dos spins dos el\u00e9trons dos centros NV. O carbono-12 tem um spin nuclear zero.<\/p>\n “O outro truque foi baixar a temperatura at\u00e9 a do nitrog\u00eanio l\u00edquido”, diz Budker. A descoer\u00eancia foi reduzida pelo resfriamento das amostras a 77\u00b0K, abaixo da temperatura ambiente, mas\u00a0facilmente\u00a0obten\u00edvel.<\/p>\n Trabalhando em conjunto no laborat\u00f3rio de Budker, os membros da equipe montaram os diamantes dentro de um criostato. Um feixe de laser atravessando o diamante, conjugado com um campo\u00a0magn\u00e9tico, ajustou os spins dos el\u00e9trons no centro NV e os fez emitir\u00a0fluoresc\u00eancia.\u00a0 O brilho fluorescente foi a medida da coer\u00eancia dos estados de spin.<\/p>\n “Controlar o spin \u00e9 essencial”, explica Budker, “de forma que pegamos emprestada uma ideia da resson\u00e2ncia magn\u00e9tica nuclear” \u00a0\u2013 a base de procedimentos familiares como o Imageamento por Resson\u00e2ncia Magn\u00e9tica (MRI) nos hospitais.<\/p>\n Embora seja diferente do spin nuclear, a coer\u00eancia dos spins dos el\u00e9trons pode ser estendida com t\u00e9cnicas semelhantes. Assim, quando os estados dos spins nos centros NV chegavam \u00e0 beira da descoer\u00eancia, os pesquisadores chacoalhavam o diamante com uma s\u00e9rie de at\u00e9 10.000 curtos pulsos de micro-ondas. Os pulsos invertiam os spins dos el\u00e9trons quando come\u00e7avam a perder o sincronismo m\u00fatuo, produzindo “ecos” nos quais os spins invertidos se auto-ajustavam. A coer\u00eancia era re-estabelecida.<\/p>\n Eventualmente os pesquisadores conseguiram tempos de coer\u00eancia de spin de mais de meio segundo. “Nossos resultados s\u00e3o realmente brilhantes para o sensoreamento de campos magn\u00e9ticos e informa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica”, brinca Bar-Gill.<\/p>\n Longos tempos de coer\u00eancia de spin se soma \u00e0s vantagens que os diamantes j\u00e1 t\u00eam, colocando os NVs de diamantes na vanguarda dos potenciais candidatos para computadores qu\u00e2nticos pr\u00e1ticos \u2013 uma busca favorita dos pesquisadores de Harvard. O que o grupo de Budker acredita ser uma perspectiva ainda mais interessante \u00e9 o potencial que os longos tempos de coer\u00eancia apresentam no sensoreamento de campos magn\u00e9ticos, com aplica\u00e7\u00f5es que v\u00e3o da biof\u00edsica \u00e0 defesa.<\/p>\n <\/p>\n |