El Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Ha demostrado con éxito que un nuevo tipo de magnetómetro óptico, el magnetoscopio NV, puede mapear una característica única de los materiales superconductores que, junto con la resistencia cero, define la superconductividad en sí.

Esa característica única es el efecto Meissner, que es la expulsión del campo magnético durante la transición de un material a un estado superconductor.

"El efecto Meissner es la firma distintiva de un verdadero superconductor, que lo separa de un hipotético metal perfecto sin resistencia, "dijo Ruslan Prozorov, un físico del Laboratorio Ames que es experto en superconductividad y magnetismo a bajas temperaturas. "Eso está bien en los libros de texto y, en principio, pero en materiales superconductores reales, el efecto Meissner es bastante complicado. El cribado robusto de un campo magnético por una muestra superconductora y la expulsión de Meissner al enfriarse en un campo magnético pueden confundirse. Este efecto es realmente muy débil y frágil y difícil de observar ".

Hasta ahora, los físicos han podido observar el efecto Meissner, pero fueron incapaces de visualizar su distribución espacial en el material y cómo eso podría variar entre diferentes compuestos superconductores. Ahora es posible mapear características únicas y distintivas del efecto Meissner, utilizando un magnetoscopio muy sensible que aprovecha el estado cuántico de un tipo particular de defecto atómico, llamados centros de nitrógeno vacante (NV), en diamante.

Si bien se conoce la ciencia detrás del uso de centros NV como sensores, Los científicos del Laboratorio Ames querían saber si la tecnología podría aprovecharse para sondear campos magnéticos con una sensibilidad sin precedentes y una buena resolución espacial y aplicarla al estudio de diversos materiales magnéticos y superconductores.

"Esta tecnica, que es mínimamente invasivo y extremadamente sensible, se implementa en un dispositivo óptico que funciona con éxito mientras las muestras están a bajas temperaturas (4 grados por encima del cero absoluto), que es necesario para la exploración de materiales cuánticos. Esta no fue una empresa trivial, "dijo Prozorov.

Un miembro del grupo de Prozorov, El científico del laboratorio Ames Naufer Nusran, lideró el desarrollo de esta configuración única, y el trabajo actual utilizó una película de diamante con centros NV implantados justo debajo de la superficie para medir la variación a mayor escala de los campos magnéticos. Este es el primer artículo científico publicado que mide la distribución espacial del efecto Meissner utilizando un magnetoscopio NV. demostrando que la técnica funciona y está lista para ser implementada para estudiar problemas aún más complejos.

Nusran también se asoció con el Centro de Materiales a Nanoescala, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional de Argonne, para diseñar y fabricar los pilares de diamante a nanoescala, cada uno con un solo centro NV, para la construcción del magnetoscopio, que tomó tres años. Despliegue de estos sensores, ahora alojado en la Instalación de Instrumentación Sensible (SIF) de ruido ultrabajo del Laboratorio Ames, es el siguiente paso en la investigación del grupo Prozorov en el nuevo laboratorio.

Ya ha dado lugar a grandes sorpresas.

Superconductores a base de hierro, considerados algunos de los más robustos, no mostró prácticamente nada de ese efecto Meissner "distintivo".

"Este es un gran rompecabezas y no tenemos explicación, ", dijo Prozorov." Será una nueva y emocionante avenida en la investigación para comprender por qué sucede esto ".

La investigación se analiza con más detalle en el documento, "Estudio resuelto espacialmente del efecto Meissner en superconductores utilizando magnetometría óptica de centros NV en diamante, "escrito por N.M. Nusran, K. R. Joshi, K Cho, M. A. Tanatar, W.R. Meier, S. L. Bud'ko, ORDENADOR PERSONAL. Canfield, Y. Liu, EJÉRCITO DE RESERVA. Lograsso, y R. Prozorov; y publicado en el Nueva Revista de Física .