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FISICA/ La luce laser rimbalza nel diamante e attiva il sensore magnetico

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La luce laser rimbalza nel diamante sintetico (credit: H. Clevenson/MIT Lincoln Laboratory)  La luce laser rimbalza nel diamante sintetico (credit: H. Clevenson/MIT Lincoln Laboratory)

Tutti abbiamo provato qualche volta a utilizzare un ago magnetico, una bussola, per rivelare la presenza di un campo magnetico: è un’esperienza di tipo piuttosto semplice, anche se presenta la sua originalità e una buona dose di sorpresa. È stata proprio la meraviglia di fronte al comportamento di un ago magnetico a destare la curiosità scientifica del bambino Albert Einstein, che non riusciva a spiegarsi quella forza invisibile che agiva sull’ago deviandolo.

Dai tempi dello stupore di Einstein la misura del magnetismo ha fatto passi avanti considerevoli e sono stati realizzati magnetometri, sensori e rivelatori di campi magnetici di ogni tipo, sfruttando diverse tecniche e applicando le conoscenze sul comportamento microscopico della materia maturate nel secolo scorso. Anche le applicazioni sono aumentate, arrivando a toccare ambiti come la prospezione geologica, i sistemi anti- contraffazione, fino alle tecniche di visualizzazione delle immagini medicali.

Il diffondersi di queste applicazioni, soprattutto in campo medico e della sicurezza, pone l’esigenza di miglioramenti nelle tecniche costruttive, per superare alcuni limiti della strumentazione attualmente impiegata e consentire di realizzare apparecchiature portatili e di dimensioni sempre più contenute. Molte soluzioni oggi in uso non sono soddisfacenti, o per l’ingombro e la sicurezza in quanto basate sulla presenza di serbatoi di gas; o per il limitato campo di utilizzo dovuto al fatto funzionano solo in strette bande di frequenza.

Una promessa per arrivare alla costruzione di magnetometri portatili efficienti, è rappresentata dai diamanti sintetici con i cosiddetti difetti azoto-lacuna (nitrogen vacancies, NVs), una caratteristica che li renderebbe estremamente sensibili ai campi magnetici. Un chip di diamante delle dimensioni di un ventesimo di un’unghia, potrebbe contenere migliaia di miliardi di azoto-lacune, ciascuna in grado di svolgere la propria misurazione di campo magnetico. Il problema sorge quando si tratta di sommare tutte queste misure. Rivelare una azoto-lacuna richiede di sondarla con luce laser, che lei può assorbire e riemettere: l'intensità della luce emessa trasporta informazioni sullo stato magnetico vacante.

Ora un team di ricercatori del MIT di Boston – del Research Laboratory of Electronics e del Lincoln Laboratory - ha sviluppato un nuovo rilevatore di campo magnetico, ultrasensibile che sembra essere mille volte più efficienti rispetto ai suoi predecessori; la promettente soluzione è stata illustrata dagli autori  - Hannah Clevenson, Dirk Englund, Danielle Braje, Matthew Trusheim. Carson Teale e Tim Schröder – sull’ultimo numero della rivista Nature Physics. In passato – dicono i ricercatori - solo una piccola frazione della pompa di luce è stata utilizzata per eccitare una piccola frazione delle NVs; nel nuovo dispositivo invece si fa uso di quasi tutta la pompa di luce per misurare quasi tutte le NVs.



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