Scienziati della Divisione di Fisica dell'Università di Tsukuba hanno utilizzato l'effetto quantistico chiamato "blocco di spin" per migliorare significativamente la risoluzione durante l'esecuzione di immagini a radiofrequenza dei difetti di assenza di azoto nel diamante. Questo lavoro può portare a un'analisi dei materiali più rapida e accurata, così come un percorso verso computer quantistici pratici.

I centri di azoto vacanti (NV) sono stati a lungo studiati per il loro potenziale utilizzo nei computer quantistici. Un centro NV è un tipo di difetto nel reticolo di un diamante, in cui due atomi di carbonio adiacenti sono stati sostituiti con un atomo di azoto e un vuoto. Questo lascia un elettrone spaiato, che può essere rilevato utilizzando onde a radiofrequenza, perché la sua probabilità di emettere un fotone dipende dal suo stato di spin. Però, la risoluzione spaziale del rilevamento delle onde radio mediante tecniche di radiofrequenza convenzionali è rimasta tutt'altro che ottimale.

Ora, i ricercatori dell'Università di Tsukuba hanno spinto la risoluzione al limite impiegando una tecnica chiamata "spin-locking". Gli impulsi a microonde sono usati per mettere lo spin dell'elettrone in una sovrapposizione quantistica di su e giù simultaneamente. Quindi, un campo elettromagnetico trascinante fa sì che la direzione della rotazione precipiti intorno, come una trottola traballante. Il risultato finale è uno spin di elettroni schermato dal rumore casuale ma fortemente accoppiato all'apparecchiatura di rilevamento. "Lo spin-lock garantisce un'elevata precisione e sensibilità dell'imaging del campo elettromagnetico, " spiega il primo autore, il professor Shintaro Nomura. A causa dell'elevata densità di centri NV nei campioni di diamante utilizzati, il segnale collettivo che hanno prodotto potrebbe essere facilmente raccolto con questo metodo. Ciò ha permesso il rilevamento di raccolte di centri NV su scala micrometrica. "La risoluzione spaziale che abbiamo ottenuto con l'imaging RF era molto migliore rispetto a metodi esistenti simili, "Il professor Nomura continua, "ed era limitato solo dalla risoluzione del microscopio ottico che usavamo".

L'approccio dimostrato in questo progetto può essere applicato in un'ampia varietà di aree di applicazione, ad esempio, le caratterizzazioni delle molecole polari, polimeri, e proteine, così come la caratterizzazione dei materiali. Potrebbe anche essere utilizzato in applicazioni mediche, ad esempio, come un nuovo modo di eseguire la magnetocardiografia.