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 yluego detecte 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 la producción de 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 vería nada. No habría ningún campo magnético", dice Michael Flatté, profesor de física y astronomía y seniorautor del artículo publicado en la revista Cartas de revisión física . "Es solo la sonda en sí 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 en absoluto. Los momentos magnéticos ocurren cuando un grupo de electrones se orienta en la misma dirección, al igual que las pequeñas agujas de una brújulatodos apuntando, digamos, al norte. Esa orientación uniforme crea un pequeño campo magnético. El hierro, 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 que la sonda, que tiene solo unos pocos nanomater de diámetro, cree un momento magnético es que dos de sus seis electrones se encajen en la misma orientación direccional. Cuando eso sucede, la sonda estimula suficientes electrones en materiales concampos magnéticos débiles o inexistentes para reorientarse, creando un momento magnético en el material, o solo lo suficiente, que la sonda puede detectar. La forma en que el momento magnético del material influye en el propio campo magnético de la sonda es medible, lo que da a los investigadoreslos medios para calcular las dimensiones físicas del material, como su espesor.
"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 de Ciencias Ópticas de la UICentro tecnológico.
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, por lo tanto, sabríamos el grosor de la capa", dice Flatté.
El concepto se basa en un enfoque de muestreo emergente llamado magnetometría de centro vacante de nitrógeno. Esta técnica, 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 sondaque utiliza como la sonda UI propuesta está hecha de diamante, que crea pequeños momentos magnéticos clave para detectar campos magnéticos en los materiales estudiados.
Pero hay un inconveniente: la magnetometría del centro de vacancia 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. Flatté y la solución propuesta por el coautor Joost van Breeevita eso usando la sonda para crear un campo magnético que fuerza 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 aplicado a él", dice Flatté. "Aunque está haciendo eso, crea un campo magnético fuera de sí mismo que luego afecta los centros de espín. Eso es lo que se puede detectar ".
La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los EE. UU., A través de una subvención de la Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria a Flatté, financió la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Iowa . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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