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Sensori basati sul diamante rendono possibile la spintronica e la MRI di prossima generazione

I sensori sviluppati nell’ambito del progetto DIADEMS, capaci di misurare i campi magnetici con una precisione senza precedenti, sono prossimi alla commercializzazione. La loro tecnologia ha già portato alla creazione di quattro start-up.
Sensori basati sul diamante rendono possibile la spintronica e la MRI di prossima generazione
Il progetto DIADEMS ha fatto molta strada da quando è apparso su CORDIS nel 2016. A quel tempo, il consorzio intendeva utilizzare diamanti artificiali per rilevare campi magnetici fin su scala nanometrica. Adesso che è stato completato, DIADEMS ha superato tutte le aspettative e le applicazioni di mercato – insieme a un potenziale nuovo progetto – sono vicine.

I sensori di DIADEMS si basano su centri di colore «azoto vacante» in diamanti artificiali ultra-puri: un singolo atomo di carbonio in un singolo diamante cristallino ultra puro viene sostituito con un atomo di azoto e l’adiacente sito vuoto nel reticolo crea un centro azoto vacante. Questo, a sua volta, consente lo sviluppo di magnetometri su scala atomica con una sensibilità molto elevata per varie applicazioni.

«Una di queste applicazioni è un registratore magnetico di immagini a campo ampio per il monitoraggio dei circuiti elettronici. Si tratta di uno strumento nuovo che è molto comodo da utilizzare dal momento che funziona a temperatura ambiente e in condizioni atmosferiche normali», dice Thierry Debuisschert, coordinatore di DIADEMS per Thales Research & Technology.

«Altre applicazioni includono la caratterizzazione sperimentale di testine di lettura/scrittura per dischi fissi ad alta densità al fine di incrementarne la capacità, la risonanza magnetica nucleare (RMN) che vanta una maggiore sensibilità, un costo inferiore e un campo magnetico ridotto nelle macchine MRI, nuovi dispositivi fotonici che incrementano l’efficienza di rilevamento della fluorescenza da azoto vacante, un analizzatore di spettro per la gamma di frequenza GHz e la caratterizzazione di domini di materiali antiferromagnetici.»

Con tutto questo potenziale, non sorprende vedere spuntare in tutta Europa progetti secondari. Il partner di progetto Attocube Systems, ad esempio, sta attualmente sviluppando una combinazione fra un microscopio a forza atomica e uno confocale usando un singolo centro azoto vacante quale sensore, per uso commerciale. Element 6, un altro partner del progetto, ha già arricchito il proprio portfolio con materiali avanzati basati su centri azoto vacante. «In totale, quattro start-up sono già state lanciate da partner del progetto: NVision, SQUTEC, QNAMI e QZABRE», spiega Debuisschert,

aggiungendo che «siamo stati molto attivi dalla fine del progetto». «Puntiamo a una larghezza di banda, sensibilità e risoluzione più alte e stiamo anche studiando nuove applicazioni, come ad esempio la caratterizzazione di antenne a microonde o sensori ad alta sensibilità basati su risonatori ottici al diamante.»

Il consorzio ha inoltre presentato una nuova proposta per ulteriori finanziamenti nell’ambito di Orizzonte 2020, che è attualmente in fase di valutazione. L'obiettivo sarebbe triplice: sviluppare innanzitutto applicazioni avanzate basate sulla misurazione del campo magnetico per settori quali le automobili elettriche, la diagnosi precoce delle malattie, la biologia, la robotica e la gestione delle comunicazioni wireless. Punterebbe inoltre a creare nuove applicazioni di rilevamento per misurare la temperatura dentro una cella, monitorare nuovi stati della materia in condizioni di pressione elevata e rilevare campi elettrici con la massima sensibilità. Potrebbe infine creare nuovi strumenti di misurazione per chiarire sia la struttura chimica delle singole molecole mediante RMN per l’industria farmaceutica, sia la struttura di dispositivi spintronici su scala nanometrica.

«Il nuovo progetto svilupperebbe gli strumenti necessari per raggiungere questi obiettivi: materiale di diamante del grado più alto con livello di impurità ultra basso, protocolli avanzati per superare il rumore residuo negli schemi di rilevamento e ingegneria ottimizzata per dispositivi miniaturizzati ed efficienti», fa notare Debuisschert. Lo studioso si augura che queste applicazioni facciano la loro comparsa nell’arco temporale dell’iniziativa faro FET dell’UE sulle tecnologie quantistiche.

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Keywords

DIADEMS, sensori, spintronica, MRI, diamante, campi magnetici