Detección cuántica utilizando espines únicos
El interés de un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea en los centros de vacantes de nitrógeno se debía al deseo de conocer mejor sus propiedades cuánticas únicas. Además, las propiedades cuánticas de estas impurezas incluidas en diamantes sintéticos se pueden manipular individualmente y medir a temperatura ambiente. Cuando las mediciones se basan en propiedades como diferencias entre estados cuánticos bien definidos, los sensores pueden alcanzar una precisión sin precedentes. La detección cuántica en el proyecto QUANTUM METROLOGY (Measuring magnetic monopoles using quantum metrology in diamond) se centró en los magnetómetros. Las vacantes de nitrógeno tienen niveles de energía cuantizados que se dividen en presencia de campos magnéticos. El desplazamiento se puede medir con el fin de determinar la magnitud del campo aplicado externamente. Lo que hace únicas a las vacantes de nitrógeno es que se pueden medir ópticamente, cosa que se conoce como resonancia magnética detectada ópticamente. Los científicos de QUANTUM METROLOGY utilizaron un haz láser para poner los sistemas similares a los átomos en un estado energético bien conocido y campos de radiofrecuencia para controlar la coherencia de este estado. Se midió la fluorescencia para realizar la medición en la escala nanométrica, con posibles aplicaciones a la captación de estructuras moleculares. Con el fin de evaluar el funcionamiento de la captación de imágenes de resonancia magnética basadas en las vacantes de nitrógeno, se trazó la imagen del paisaje en 3D de los espines electrónicos cerca de una superficie de diamante. Los científicos lograron una combinación sin precedentes de resolución (hasta 0,8 nm) y sensibilidad a un solo espín. La nueva técnica permite determinar la ubicación de los marcadores mediante espín en sistemas biológicos. Por otra parte, aplicando esta técnica a la magnetometría es posible superar la precisión de nanoTeslas en la sensibilidad frente al campo magnético vectorial. Las medidas de esta alta precisión son el objetivo final del próximo año del proyecto QUANTUM METROLOGY.
Palabras clave
Espines únicos, centros de vacantes de nitrógeno, diamante, monopolos magnéticos, metrología cuántica