Medir campos magnéticos débiles es un negocio de billones de dólares. Gigabytes de datos, almacenados y recuperados rápidamente de chips del tamaño de una moneda, están en el corazón de la electrónica de consumo. Se pueden lograr densidades de datos aún más altas mejorando la sensibilidad de detección magnética, tal vez hasta niveles de nano-tesla.

Una mayor sensibilidad magnética también es útil en muchas áreas científicas, como la identificación de biomoléculas como ADN o virus. Esta investigación debe tener lugar a menudo en un ambiente cálido y ambiente húmedo, donde las condiciones limpias o las bajas temperaturas no son posibles. Los científicos de JQI abordan esta preocupación mediante el desarrollo de un sensor de diamante que funciona en un entorno fluido. El sensor crea mapas magnéticos (con una sensibilidad de 17 micro-teslas) de partículas pequeñas (un sustituto de las biomoléculas reales) con una resolución espacial de aproximadamente 50 nm. Esta es probablemente la medición magnética más sensible realizada a temperatura ambiente en microfluidos.

Los resultados del nuevo experimento realizado por el científico de JQI Edo Waks (profesor de la Universidad de Maryland) y sus asociados aparecen en la revista. NanoLetras .

Centros Diamond NV

En el corazón del sensor hay un diminuto nanocristal de diamante. Este diamante cuando se acerca a una partícula magnética y al mismo tiempo se baña en luz láser y una sutil señal de microondas, emitirá fluorescencia de una manera proporcional a la fuerza del propio campo magnético de la partícula. Por lo tanto, la luz del diamante se utiliza para mapear el magnetismo.

¿Cómo funciona el diamante y cómo se maniobra la partícula lo suficientemente cerca del diamante para ser escaneada?

El nanocristal de diamante se fabrica en el mismo proceso mediante el cual se forman los diamantes sintéticos, en un proceso llamado deposición química de vapor. Algunos de los diamantes tienen pequeñas imperfecciones, incluyendo ocasionalmente átomos de nitrógeno que sustituyen átomos de carbono. A veces, un átomo de carbono falta por completo en la estructura sólida de diamante, que de otro modo estaría estrechamente coordinada. En aquellos casos en los que el nitrógeno (N) y la vacante (V) estén uno al lado del otro, puede producirse un efecto óptico interesante. La combinación NV actúa como una especie de átomo artificial llamado centro de color NV. Si se lo solicita el tipo correcto de láser verde, el centro NV brillará. Es decir, si absorberá luz láser verde y emitirá luz roja, un fotón a la vez.

La tasa de emisión de NV se puede alterar en presencia de campos magnéticos a nivel microscópico. Para que esto suceda, aunque, los niveles de energía internos del centro NV deben ser los correctos, y esto ocurre cuando el centro está expuesto a señales de la fuente de radiofrecuencia (mostrada en el borde de la figura) y los campos emitidos por la propia partícula magnética cercana.

La partícula flota en un lago poco profundo de solución a base de agua desionizada en una configuración llamada chip de microfluidos. El diamante está adherido firmemente al fondo de este lago. La partícula se mueve y se dirige alrededor del chip cuando los electrodos colocados en los canales coaxiales iones en el líquido para formar corrientes suaves. Como un barco que navega hacia Europa con la ayuda de la Corriente del Golfo, la partícula recorre estas corrientes con un control submicrométrico. La partícula incluso se puede maniobrar en dirección vertical mediante una bobina magnética externa (no se muestra en el dibujo).

"Planeamos utilizar varios diamantes para realizar análisis magnéticos vectoriales complejos., "dice el estudiante graduado Kangmook Lim, el autor principal de la publicación. "También usaremos diamantes flotantes en lugar de estacionarios, lo que sería muy útil para escanear nano-magnetismo de muestras biológicas ".