El ruido electromagnético plantea un importante problema de comunicación, lo que lleva a los proveedores de servicios inalámbricos a invertir grandes cantidades en tecnologías para superarlo. A pesar de ser una molestia, puede decir muchas cosas estudiando el ruido. Al medir el ruido en un material, los físicos pueden conocer su composición, temperatura, cómo fluyen e interactúan los electrones entre sí y cómo gira para formar imanes. Generalmente es difícil medir cómo cambia el ruido en el espacio o el tiempo.
Los científicos en La Universidad de Princeton y del Universidad de Wisconsin-Madison han creado un método para medir el ruido en un material mediante el estudio de correlaciones. Pueden utilizar esta información para conocer la estructura espacial y la naturaleza del ruido que varía en el tiempo. El método utiliza diamantes especialmente diseñados con centros de nitrógeno vacante. Este método, que rastrea variaciones mínimas en campos magnéticos, es un avance significativo con respecto a los anteriores que promediaban numerosas lecturas diferentes.
Las estructuras de diamantes altamente controladas se denominan centros de vacantes de nitrógeno (NV). Estos centros NV son modificaciones de la red de átomos de carbono de un diamante cuando un átomo de carbono se cambia por un átomo de nitrógeno y hay un espacio vacío o vacante junto a él en la estructura química. Un diamante con centros NV es uno de los pocos instrumentos que puede registrar cambios en los campos magnéticos a la escala y velocidad necesarias para estudios cruciales en tecnología cuántica y física de la Materia Condensada.
Si bien un solo centro NV hizo posible monitorear los campos magnéticos con gran precisión, no fue hasta que los científicos descubrieron cómo usar varios centros NV que pudieron analizar la organización espacial del ruido en un material.
Nathalie de Leon, profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Princeton, dijo: "Esto abre la puerta a la comprensión de las propiedades de materiales con comportamientos cuánticos extraños que hasta ahora sólo se habían analizado teóricamente".
“Es una técnica fundamentalmente nueva. Está claro desde una perspectiva teórica que sería muy poderoso hacer esto. El público que creo que está más entusiasmado con este trabajo son los teóricos de la materia condensada; Ahora que existe todo este mundo de fenómenos, es posible que puedan caracterizarlos de manera diferente”.
Líquido de giro cuántico es uno de esos fenómenos, en el que los electrones están en constante flujo, en contraste con la estabilidad del estado sólido que caracteriza a un material magnético típico cuando se enfría a una temperatura específica.
de León dijo, "El desafío de un líquido de espín cuántico es que, por definición, no existe un orden magnético estático, por lo que no se puede simplemente trazar un campo magnético" como se haría con otro tipo de material. Hasta ahora, no ha habido forma de medir directamente estos correlacionadores de campo magnético de dos puntos y, en cambio, la gente ha estado tratando de encontrar sustitutos complicados para esa medición”.
Los científicos pueden determinar cómo fluyen los electrones y sus espines a lo largo del espacio y el tiempo de un material midiendo campos magnéticos simultáneamente en varios sitios con sensores de diamante. Para crear la novedosa técnica, el equipo expuso un diamante con centros NV a pulsos láser calibrados y luego notó dos picos en el recuento de fotones provenientes de un par de centros NV, una lectura de los espines de los electrones en cada centro en el mismo instante.
El coautor del estudio, Shimon Kolkowitz, profesor asociado de física en la Universidad de Wisconsin-Madison, dijo, “Uno de esos dos picos es una señal que estamos aplicando, el otro es un pico del entorno local y no hay forma de notar la diferencia. Pero cuando miramos las correlaciones, una correlacionada proviene de la señal que estamos aplicando y la otra no. Y podemos medir eso que la gente no podía medir antes”.
Referencia de la revista:
- Jared Rovny, Zhiyang Yuan, Mattias Fitzpatrick y otros. Magnetometría de covarianza a nanoescala con sensores cuánticos de diamante. Ciencia:. DOI: 10.1126/ciencia.ade9858
