Los físicos de la Universidad de Iowa han propuesto una nueva técnica para detectar y medir materiales que emiten señales magnéticas débiles o que no tienen ningún campo magnético. Su solución utilizaría una sonda no invasiva para inducir una respuesta magnética en el material que se está estudiando y luego detectaría cómo esa respuesta cambia el propio campo magnético de la sonda.

La técnica tiene muchas aplicaciones potenciales en el mundo real, incluida la producción de máquinas de imágenes por resonancia magnética (MRI) más sensibles, el desarrollo de memoria de almacenamiento de alta velocidad en la industria de los semiconductores, y producir unidades de procesamiento informático (CPU) más eficientes.

"Este enfoque está diseñado para medir la situación en la que, si no tuviera la sonda cerca, no verías nada. No habría ningún campo magnético en absoluto, "dice Michael Flatté, profesor de física y astronomía y autor principal del artículo publicado en la revista Cartas de revisión física . "Es solo la propia sonda la que está causando la presencia de los campos magnéticos".

La sonda hace esto creando "momentos magnéticos" en materiales que de otro modo emitirían un campo magnético débil o no tendrían ningún campo magnético. Los momentos magnéticos ocurren cuando un grupo de electrones se orienta en la misma dirección, como pequeñas agujas de brújula, todas apuntando, decir, norte. Esa orientación uniforme crea un pequeño campo magnético. Planchar, por ejemplo, produce una respuesta fuerte porque la mayoría de sus electrones se orientan en la misma dirección cuando encuentra una fuerza magnética.

Todo lo que se necesita para la sonda que tiene solo unos pocos nanomates de diámetro, Para crear un momento magnético, dos de sus seis electrones se encajan en la misma orientación direccional. Cuando eso pasa, la sonda estimula suficientes electrones en materiales con campos magnéticos débiles o inexistentes para reorientarse, creando un momento magnético en el material, o lo suficiente de uno, que la sonda puede detectar. La forma en que el momento magnético del material influye en el propio campo magnético de la sonda se puede medir, que proporciona a los investigadores los medios para calcular las dimensiones físicas del material, como su grosor.

"Estos electrones (en materiales con campos magnéticos débiles o inexistentes) tienen su propio campo que actúa en la sonda y distorsiona la sonda (de una manera) que luego puede medir, "dice Flatté, director del Centro de Tecnología de Ciencia Óptica de la UI.

Esto se vuelve importante cuando se trata de capturar las dimensiones de las capas magnéticas que están enterradas o intercaladas entre capas no magnéticas. Tales situaciones surgen cuando se trabaja con semiconductores y aumentarán a medida que avance el procesamiento por computadora.

"Calculamos la respuesta magnética, y a partir de eso sabríamos dónde terminan los campos magnéticos y así conocer el espesor de la capa, "Dice Flatté.

El concepto se basa en un enfoque de muestreo emergente llamado magnetometría de centros de vacantes de nitrógeno. Esta tecnica, que se basa en un defecto introducido en la estructura cristalina de un diamante (sustituyendo dos átomos de carbono en un átomo de nitrógeno), es eficaz en parte porque la sonda que utiliza (como la sonda de interfaz de usuario propuesta) está hecha de diamante, que crea pequeños momentos magnéticos clave para la detección de campos magnéticos en los materiales estudiados.

Pero hay un inconveniente:la magnetometría del centro de vacío de nitrógeno solo funciona con materiales magnetizados. Eso descarta los superconductores, donde el campo magnético deja de existir a ciertas temperaturas, y muchos otros materiales. La solución propuesta por Flatté y el coautor Joost van Bree evita eso al usar la sonda para crear un campo magnético que obliga a los materiales con campos magnéticos débiles o inexistentes a reaccionar ante él.

"Si aplica un campo magnético a un superconductor, intentará cancelar ese campo magnético que se le aplica, "Dice Flatté." Aunque está haciendo eso, crea un campo magnético fuera de sí mismo que luego afecta a los centros de espín. Eso es lo que se puede detectar ".