Rilevamento quantistico mediante spin singoli
L’interesse di ricercatori finanziati dall’UE nei centri di vacanza dell’azoto carichi è stato motivato dalla ricerca di una più profonda comprensione delle loro proprietà quantistiche uniche. Inoltre, la proprietà quantistiche di queste impurità contenute nei diamanti sintetici possono essere manipolate individualmente e sondate a temperatura ambiente. Quando le misure si basano sulle proprietà quali differenze tra ben definiti stati quantistici, i sensori possono raggiungere una precisione senza precedenti. Il rilevamento quantistico all’interno del progetto QUANTUM METROLOGY (Measuring magnetic monopoles using quantum metrology in diamond) si è focalizzato sui magnetometri. Le vacanze dell’azoto hanno quantizzato livelli di energia che dividere in presenza di campi magnetici. Lo spostamento può essere letto per determinare la grandezza del campo applicato esternamente. L’unicità delle vacanze dell’azoto deriva dalla capacità di essere letta otticamente; ciò è noto come risonanza magnetica otticamente rilevata. Gli scienziati di QUANTUM METROLOGY hanno usato un raggio laser per avviare i sistemi simili agli atomi in uno stato energetico ben noto, mentre i campi di radiofrequenza controllavano la coerenza dello stato. La fluorescenza è stata letta per realizzare la misurazione a livello microscopico, con possibile applicazione di imaging della struttura molecolare. Per valutare le prestazioni di imaging di risonanza magnetica basate su vacanze dell’azoto, è stato illustrato il paesaggio 3D degli spin elettronici vicino alla superficie di un diamante. Gli scienziati hanno raggiunto una combinazione senza precedenti di risoluzione, di appena 0,8 nm, e una sensibilità di spin singolo. La nuova tecnica permette di determinare la posizione delle etichette di spin nei sistemi biologici. D’altra parte, l’applicazione di questa tecnica di magnetometria, la sensibilità del campo magnetico vettoriale può superare la precisione nanoTesla. Tali misure di alta precisione sono l’obiettivo finale per il prossimo anno del progetto QUANTUM METROLOGY.
Parole chiave
Spin singoli, centri azoto-vuoto, diamante, monopoli magnetici, metrologia quantistica
