O ruído eletromagnético representa um problema de comunicação significativo, levando as operadoras sem fio a investir pesadamente em tecnologias para superá-lo. Apesar de ser um incômodo, ele pode dizer muitas coisas ao estudar o ruído. Ao medir o ruído num material, os físicos podem aprender a sua composição, temperatura, como os eletrões fluem e interagem entre si e como gira para formar ímanes. Geralmente é difícil medir como o ruído muda no espaço ou no tempo.
Cientistas em Princeton University e os votos de University of Wisconsin-Madison criaram um método para medir o ruído em um material estudando correlações. Eles podem usar essas informações para aprender a estrutura espacial e a natureza variável do ruído no tempo. O método utiliza diamantes especialmente projetados com centros de vacância de nitrogênio. Este método, que rastreia variações mínimas em Campos magnéticos, é um avanço significativo em relação aos anteriores, que calculavam a média de inúmeras leituras diferentes.
As estruturas de diamante altamente controladas são chamadas de centros de vacância de nitrogênio (NV). Esses centros NV são modificações na estrutura do átomo de carbono de um diamante quando um átomo de carbono é trocado por um átomo de nitrogênio, e há um espaço vazio, ou vacância, próximo a ele na estrutura química. Um diamante com centros NV é um dos poucos instrumentos que pode registrar mudanças em campos magnéticos na escala e velocidade necessárias para estudos cruciais em tecnologia quântica e Física de matéria condensada.
Mesmo que um único centro NV tenha permitido monitorar campos magnéticos com grande precisão, só depois que os cientistas descobriram como usar vários centros NV é que puderam analisar a organização espacial do ruído em um material.
Nathalie de Leon, professora associada de engenharia elétrica e de computação na Universidade de Princeton, disse: “Isso abre a porta para a compreensão das propriedades de materiais com comportamentos quânticos bizarros que até agora foram analisados apenas teoricamente.”
“É uma técnica fundamentalmente nova. Está claro, de uma perspectiva teórica, que seria muito poderoso fazer isso. O público que creio estar mais entusiasmado com este trabalho são os teóricos da matéria condensada; agora que existe todo esse mundo de fenômenos, eles podem ser capazes de caracterizar de forma diferente.”
Líquido de rotação quântica é um desses fenômenos, onde os elétrons estão constantemente em fluxo, em contraste com a estabilidade do estado sólido que caracteriza um material magnético típico quando resfriado a uma temperatura específica.
de Leon disse: “O desafio de um líquido de spin quântico é que, por definição, não há ordem magnética estática, então você não pode simplesmente mapear um campo magnético” como faria com outro tipo de material. Até agora, não havia nenhuma maneira de medir diretamente esses correlacionadores de campo magnético de dois pontos e, em vez disso, as pessoas têm tentado encontrar substitutos complicados para essa medição.”
Os cientistas podem determinar como os elétrons e seus spins fluem pelo espaço e tempo de um material medindo campos magnéticos simultaneamente em vários locais com sensores de diamante. Para criar a nova técnica, a equipe expôs um diamante com centros NV a pulsos de laser calibrados e depois notou dois picos na contagem de fótons vindos de um par de centros NV, uma leitura dos giros dos elétrons em cada centro no mesmo instante.
O coautor do estudo, Shimon Kolkowitz, professor associado de física na Universidade de Wisconsin-Madison, dito, “Um desses dois picos é um sinal que estamos aplicando, o outro é um pico do ambiente local e não há como saber a diferença. Mas quando olhamos para as correlações, aquela correlacionada é do sinal que estamos aplicando e a outra não. E podemos medir isso, algo que as pessoas não conseguiam medir antes.”
Jornal de referência:
- Jared Rovny, Zhiyang Yuan, Mattias Fitzpatrick e outros. Magnetometria de covariância em nanoescala com sensores quânticos de diamante. Ciência. DOI: 10.1126/science.ade9858
