Pequenos sensores quânticos Veja a transformação de materiais sob pressão

As células de bigorna de diamante possibilitaram aos cientistas recriar fenômenos extremos, como as pressões esmagadoras nas profundezas do manto da Terra, ou permitir reações químicas que só podem ser desencadeadas por pressão intensa, tudo dentro dos limites de um aparato de laboratório. Para desenvolver novos materiais de alto desempenho, os cientistas precisam entender como propriedades úteis, como magnetismo e força, mudam sob condições tão adversas. Mas, muitas vezes, medir essas propriedades com sensibilidade suficiente requer um sensor que possa suportar as forças de esmagamento dentro de uma célula de bigorna de diamante. Ao transformar falhas atômicas naturais dentro das bigornas de diamante em minúsculos sensores quânticos, os cientistas desenvolveram uma ferramenta que abre as portas para uma ampla gama de experimentos inacessíveis aos sensores convencionais.

No nível atômico, os diamantes devem sua robustez aos átomos de carbono unidos em uma estrutura cristalina tetraédrica. Mas quando os diamantes se formam, alguns átomos de carbono podem ser expulsos de seu “local de rede”, um espaço na estrutura cristalina que é como o local de estacionamento atribuído. Quando uma impureza do átomo de nitrogênio presa no cristal fica adjacente a um local vazio, forma-se um defeito atômico especial:um centro de vacância de nitrogênio (NV). Os cientistas usaram os centros NV como pequenos sensores para medir o magnetismo de uma única proteína, o campo elétrico de um único elétron e a temperatura dentro de uma célula viva.

Para aproveitar as propriedades de detecção intrínsecas dos centros NV, os pesquisadores projetaram uma fina camada deles diretamente dentro da bigorna de diamante para tirar uma foto da física dentro da câmara de alta pressão. Depois de gerar uma camada de sensores centrais NV com algumas centenas de átomos de espessura dentro de diamantes de um décimo de quilate, os pesquisadores testaram a capacidade dos sensores NV de medir a câmara de alta pressão da célula de bigorna de diamante.

Os sensores brilham em um tom brilhante de vermelho quando excitados com luz laser. Ao sondar o brilho dessa fluorescência, os pesquisadores puderam ver como os sensores responderam a pequenas mudanças em seu ambiente. Os sensores NV sugeriram que a superfície plana da bigorna de diamante começou a se curvar no centro sob pressão – um fenômeno chamado “cupping”, uma concentração da pressão em direção ao centro das pontas da bigorna.

Agora que eles demonstraram como projetar centros NV em células de bigorna de diamante, os pesquisadores planejam usar o dispositivo para explorar o comportamento magnético de hidretos supercondutores – materiais que conduzem eletricidade sem perda perto da temperatura ambiente em alta pressão, o que pode revolucionar a forma como a energia é armazenado e transferido.