Un diamante con un defecto central para medir campos eléctricos
La comunidad científica es consciente de la importancia de los campos eléctricos tanto en el ámbito técnico como en la naturaleza. Mediante el ajuste de estos campos es posible transmitir impulsos nerviosos e incluso almacenar datos en memorias Flash mediante la grabación de cargas eléctricas. Lo que aún no se había logrado es medir con una precisión prácticamente absoluta campos eléctricos mediante técnicas de medición física. Ahora científicos de la Universidad de Stuttgart (Alemania) han logrado medir campos eléctricos con la ayuda de un único defecto en el centro de un diamante. El estudio, financiado en parte por la Unión Europea, se ha publicado en la revista Nature Physics. Las cargas eléctricas se utilizan de distintas formas para controlar la práctica totalidad de los procesos químicos, físicos y biológicos, por ejemplo la distribución exacta de los electrones que hay en el ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta distribución es indispensable para la transmisión precisa de información genética y los circuitos eléctricos modernos son capaces de iniciar corrientes eléctricas de hasta un único electrón. Expertos en la materia indican que la medición de campos eléctricos pequeños en función de la carga no es tarea fácil. Por ello el equipo de la Universidad de Stuttgart creó un nuevo sensor de un único átomo. Según informaron, este átomo de nitrógeno es una impureza capturada en un diamante. El equipo informó que la retícula del diamante «fija» el átomo y permite que un láser se dirija al centro de la vacante cristalina nuclear. «La interacción del átomo con el campo medido puede determinarse mediante la luz emitida por la impureza y, de este modo, es posible medir campos eléctricos de tan sólo una fracción del campo eléctrico de una carga elemental a 0,1 micrómetros de distancia», explican los científicos. Debido a que el sensor tiene el tamaño de un átomo, los científicos pueden medir campos eléctricos con idéntica precisión espacial. La lectura óptica realizada por el sensor permite situar el campo en cualquier tipo de geometría. La sensibilidad y la resolución del proceso se mantienen en condiciones normales y a temperatura ambiente. Aunque los investigadores han logrado demostrar la existencia de campos magnéticos de pequeño tamaño, este descubrimiento -que combina dos técnicas de medición- permite medir campos eléctricos y magnéticos en un único emplazamiento sin necesidad de cambiar el sensor, aseguró el equipo. Gracias a este avance surgirán nuevas aplicaciones. Medir la distribución de los momentos magnéticos de los núcleos de los compuestos químicos al mismo tiempo es un ejemplo, apuntaron, y añadieron que la estructura de una sustancia y su reactividad química pueden medirse de forma simultánea. «La capacidad para detectar con precisión cargas individuales en condiciones ambiente será positiva para numerosas aplicaciones interdisciplinarias», argumentan los autores. «Las técnicas más modernas están limitadas a métodos de baja temperatura como transistores de electrón único, microscopía de fuerza electrostática de electrón único y microscopía de efecto túnel. Aquí introducimos una técnica de metrología cuántica que logra mediciones precisas de campos eléctricos tridimensionales mediante el espín del centro defectuoso con vacante cristalina única de nitrógeno en un diamante.» El estudio recibió fondos de los siguientes proyectos europeos: QAP («Aplicaciones de bits cuánticos») recibió 9,9 millones de euros mediante el área temática «Tecnologías de la sociedad de la información» (TSI) perteneciente al Sexto Programa Marco (6PM) de la Unión Europea); EQUIND («Información cuántica artificial en un diamante nanoestructurado»), que recibió 1,66 millones de euros también mediante el área temática TSI del 6PM; NEDQIT («Diamante fruto de la nanoingeniería para aplicaciones de tecnología de la información cuántica»), un proyecto de la ERA-NET NANO-SCI; y SOLID («Sistemas de estado sólido para el procesamiento de información cuántica»), financiado con 5 millones de euros mediante el tema «Tecnologías de la información y la comunicación» (TIC) del Séptimo Programa Marco (7PM).Para más información, consulte: Universidad de Stuttgart: http://www.uni-stuttgart.de/home/index.en.html Nature Physics: http://www.nature.com/ ni/index.html
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Alemania