Scienziati dello Swiss Nanoscience Institute e del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea hanno sviluppato un nuovo metodo che ha permesso loro di visualizzare per la prima volta campi magnetici su scala nanometrica a temperature prossime allo zero assoluto. Hanno usato gli spin in speciali diamanti come sensori quantistici in un nuovo tipo di microscopio per generare immagini di campi magnetici nei superconduttori con una precisione senza rivali. In questo modo i ricercatori sono stati in grado di eseguire misurazioni che consentono nuove intuizioni nella fisica dello stato solido, come riportano in Nanotecnologia della natura .
I ricercatori del gruppo guidato dal Georg-H. Il professor Patrick Maletinsky di Endress conduce da diversi anni ricerche sui cosiddetti centri di vacanza dell'azoto (centri NV) nei diamanti al fine di utilizzarli come sensori di alta precisione. I centri NV sono difetti naturali nel reticolo cristallino del diamante. Gli elettroni contenuti nelle NV possono essere eccitati e manipolati con la luce, e reagiscono in modo sensibile ai campi elettrici e magnetici a cui sono esposti. È lo spin di questi elettroni che cambia a seconda dell'ambiente e che può essere registrato utilizzando vari metodi di misurazione.
Maletinsky e il suo team sono riusciti a posizionare singoli spin NV sulle punte dei microscopi a forza atomica per eseguire l'imaging del campo magnetico su scala nanometrica. Finora, tali analisi sono sempre state condotte a temperatura ambiente. Però, numerosi campi di applicazione richiedono il funzionamento a temperature prossime allo zero assoluto. Materiali superconduttori, Per esempio, sviluppano le loro proprietà speciali solo a temperature molto basse intorno ai -200°C. Quindi conducono correnti elettriche senza perdite e possono sviluppare proprietà magnetiche esotiche con la formazione dei cosiddetti vortici.
A temperature prossime allo zero assoluto per la prima volta
Nella loro carta, gli scienziati hanno utilizzato con successo il loro nuovo microscopio in condizioni criogeniche a temperature di circa 4 Kelvin (~ -269 °C) per la prima volta. Sono stati in grado di visualizzare campi magnetici vaganti di vortici in un superconduttore ad alta temperatura con una precisione senza precedenti.
La risoluzione spaziale risultante di 10 nanometri è di una o due magnitudini migliore di quella ottenuta con metodi alternativi. Ciò consente per la prima volta un'analisi univoca e quantitativa di importanti parametri materiali, come le profondità di penetrazione magnetica della sonda superconduttiva - una delle caratteristiche fondamentali di un superconduttore.
"I nostri risultati sono importanti non solo per la tecnologia dei sensori quantistici e la superconduttività, "dice Patrick Maletinsky, commentando il giornale, "a lungo termine avranno anche un'influenza sulla fisica dello stato solido e, con ulteriori miglioramenti della sensibilità, possono persino consentire applicazioni in biologia".
