Punto di irregolarità del diamante aiuta gli scienziati a misurare i campi elettrici
Gli scienziati riconoscono il ruolo molto importante che giocano i campi elettrici in natura e nelle aree tecniche. Regolando questi campi, diventa possibile la trasmissione di impulsi nervosi e si ottiene il funzionamento di moderni sistemi di memorizzazione dati con il risparmio di cariche elettriche (le cosiddette memorie Flash). Ciò che i ricercatori non sono stati in grado di fare è ottenere una lettura ultra-precisa dei campi elettrici usando tecniche di misurazione fisica. Questo accadeva fino ad oggi. Con l'aiuto di un singolo punto di irregolarità in un diamante, scienziati presso l'Università di Stoccarda in Germania sono riusciti a misurare i campi elettrici. Presentato nella rivista Nature Physics, lo studio è stato in parte finanziato dall'UE. Le cariche elettriche usano molti modi per controllare quasi il 100 % di tutti i processi fisici, chimici o biologici. Un esempio tipico è l'acido deossiribonucleico (DNA) e l'esatta distribuzione degli elettroni su di esso. Questa distribuzione è fondamentale per la precisa trasmissione dell'informazione genetica, e i moderni circuiti elettrici innescano correnti elettriche anche di singoli elettroni. Gli esperti dicono che misurare campi elettrici molto piccoli collegati alla carica non è un compito semplice. Ecco allora entrare in scena il team di Stoccarda che ha concepito un nuovo sensore composto da un singolo atomo. Essi affermano che questo atomo di azoto è un'impurità trattenuta nel diamante. Il team sottolinea che il reticolo del diamante "fissa" l'atomo e permette a un laser di indirizzarsi sul centro nucleare vacante. "L'interazione dell'atomo con il campo misurato può essere determinata per mezzo della luce emessa dall'impurità e, perciò, si possono misurare campi elettrici che sono solo una frazione del campo elettrico di una carica elementare alla distanza di 0,1 micrometro," spiegano gli scienziati. Poiché il sensore è grande circa quanto un atomo, gli scienziati possono misurare campi elettrici con la stessa precisione spaziale. La lettura ottica generata dal sensore permette di collocarlo in qualsiasi geometria. Il processo raggiunge anche la sua sensibilità e risoluzione a temperatura ambiente e in condizioni normali. Il team sottolinea che anche se i ricercatori sono riusciti a dimostrare l'esistenza di piccoli campi magnetici, questa ultima decisione di combinare entrambe le tecniche di misurazione permette di misurare campi elettrici e magnetici in un singolo luogo senza cambiare il sensore. Grazie a questo recente sviluppo, nuove applicazioni possono ora emergere e, sicuramente, lo faranno. Misurare allo stesso tempo la distribuzione dei momenti magnetici dei nuclei dei composti chimici è un esempio, essi dicono, aggiungendo che la struttura di una sostanza e la sua reattività chimica può essere misurata simultaneamente. "La capacità di rilevare con sensibilità le singole cariche in condizioni normali porterebbe benefici a un'ampia gamma di applicazioni in varie discipline," scrivono gli autori. "Tuttavia, la maggior parte delle tecniche attuali sono limitate a metodi a basse temperature, come i transistor a singolo elettrone, il microscopio a forza elettrostatica a singolo elettrone e quello a effetto tunnel. Qui noi presentiamo una tecnica di metrologia quantistica che dimostra una precisa misurazione tridimensionale del campo elettrico usando un singolo spin del punto di irregolarità con mancanza di azoto nel diamante." Una parte dei finanziamenti per la ricerca è stata fornita dai seguenti progetti UE: QAP ("Qubit applications") che ha ricevuto 9,9 milioni di euro nell'ambito dell'area tematica "Tecnologie per la società dellinformazione" (TSI) del Sesto programma quadro (6°PQ); EQUIND ("Engineered quantum information in nanostructured diamond") che ha ottenuto 1,66 milioni di euro nell'ambito della TSI del 6°PQ; NEDQIT ("Nanoengineered diamond for quantum information technology"), un progetto ERA-NET NANO-SCI; e il progetto SOLID ("Solid state systems for quantum information processing"), che è sostenuto con 5 milioni di euro nell'ambito del tema "Tecnologie dell'informazione e della comunicazione" (TIC) del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'UE.Per ulteriori informazioni, visitare: Università di Stoccarda: http://www.uni-stuttgart.de/home/index.en.html Nature Physics: http://www.nature.com/nphys/index.html
Paesi
Germania