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FP7

DIADEMS — Risultato in breve

Project ID: 611143
Finanziato nell'ambito di: FP7-ICT
Paese: Francia

Misurare i campi magnetici fino alla scala nanometrica

Scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato un nuovo magnetometro che è in grado di effettuare misurazioni fino alla scala atomica, aprendo la strada a progressi significativi in molti campi scientifici.
Misurare i campi magnetici fino alla scala nanometrica
Essere in grado di misurare con precisione i campi magnetici è fondamentale per un’ampia gamma di studi scientifici, dalla mappatura del cervello e l’elaborazione dati, al rilevamento di risorse sotterranee come petrolio e gas, e persino alla mappatura di siti archeologici.

Il progetto quadriennale DIADEMS, finanziato dall’UE, sta lavorando al miglioramento dell’attuale tecnologia usata per rilevare i campi magnetici al fine di renderla ancora più precisa, facendola arrivare fino alla più piccola scala possibile, ovvero al nanometro.

Un magnetometro basato sul diamante

In sostanza, DIADEMS sta creando dei minuscoli sensori che rilevano segnali magnetici molto piccoli. Per fare questo, gli scienziati sostituiscono un singolo atomo di carbonio in un singolo cristallo ultrapuro di diamante con un atomo di azoto, lasciando invece un vicino sito del reticolo vuoto e andando così a creare un centro azoto vacante (Nitrogen Vacancy, NV).

I centri NV sono delle strutture allo stato solido simili ad atomi con intrinseche proprietà magnetiche che obbediscono alla meccanica quantistica, e che sono molto adatti allo sviluppo di magnetometri ad elevata sensibilità su scala atomica. “Il processo che stiamo sviluppando rende possibile controllare l’orientamento dei centri NV nel cristallo, si tratta di una tecnica piuttosto nuova,” ha spiegato il dott. Thierry Debuisschert di Thales SA (un importante gruppo francese che si occupa di ingegneria ed elettronica), il coordinatore del progetto DIADEMS.

DIADEMS utilizza diamanti artificiali puri ottenuti in laboratorio in condizioni ben controllate. Gli scienziati creano il centro NV nel diamante in condizioni estremamente rigorose, ma in seguito i centri NV sono pronti per l’utilizzo a temperatura ambiente. Questo significa che, una volta che la tecnologia sarà pronta, risulterà più facile da lanciare rispetto alle tecnologie che richiedono invece condizioni specifiche come ad esempio delle temperature super fredde per funzionare.

Sensori compatti per la biologia, l’informatica e le attività minerarie

Il progetto intende sviluppare registratori elettronici di immagini magnetici ad ampio campo in grado di effettuare misurazioni molto precise dei campi magnetici. Esso mira inoltre a sviluppare un magnetometro a scansione di sonda e testine del sensore con una risoluzione molto elevata.

“Si tratta di sensori su scala atomica che consentono misurazioni localizzate nel raggio di 10 nanometri. Essi hanno anche una buona sensibilità. Prevediamo di riuscire a costruire sensori compatti, sensibili e facili da usare che possono essere impiegati in campi come ad esempio la biologia, la memorizzazione magnetica e le attività minerarie,” dice il dott. Debuisschert.

Usando queste tecniche, i ricercatori saranno alla fine in grado di monitorare precisamente ciò che sta succedendo su scala molecolare e atomica, consentendo di aprire la strada a un’ampia gamma di possibili applicazioni. In futuro, con questa tecnologia, gli scienziati saranno in grado di vedere come le molecole reagiscono nelle reazioni chimiche osservando i cambiamenti nello spin dei loro elettroni. Le tecniche sviluppate dal progetto potrebbero anche portare a dischi di memoria più piccoli, veloci e densi da usare nell’elaborazione dati (sfruttando le tecniche quantiche, gli scienziati sono in grado di ridurre le dimensioni dei domini magnetici dove le informazioni vengono memorizzate). La tecnologia potrebbe essere usata per analizzare i circuiti microelettronici usati negli smartphone. Infine, la tecnologia potrebbe anche consentire agli scienziati di studiare i campi magnetici generati dall’attività dei neuroni nel cervello. Questo potrebbe alla fine consentire agli scienziati di approfondire la loro comprensione delle malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer.

“Questa è una tecnologia all’avanguardia poiché effettua misurazioni che non sono possibili con altre tecniche. Essa può monitorare il segnale di risonanza magnetica di una singola molecola e misurare la temperatura locale di un oggetto su scala micrometrica”, ha aggiunto Debuisschert.

Tuttavia, lo sviluppo di simili tecniche sofisticate si trova ancora nelle sue fasi iniziali in laboratorio. Anche se è al di fuori degli scopi attuali del progetto, il dott. Debuisschert evidenzia che “un prossimo passo importante è quello di sviluppare applicazioni fuori dal laboratorio.”

Per ulteriori informazioni, consultare: Sito web del progetto DIADEMS.

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Keywords

DIADEMS, diamanti, misurazioni magnetiche, sensori, mappatura cervello, elaborazione dati, TIC, quantistico