Nanotecnologia

Sensor magnético traduz efeitos quânticos em vibrações

Sensor magnético traduz efeitos quânticos em vibrações mecânicas
O spin de uma molécula altera e deforma o nanotubo, permitindo a medição de efeitos quânticos por meio de vibrações mecânicas.[Imagem: C. Grupe/KIT]

Menor sensor do mundo quântico

As nanobalanças, capazes de pesar moléculas individuais, já estão por aí há algum tempo.

Recentemente, pesquisadores chineses propuseram construir a balança mais precisa do mundo, capaz de medir um zeptograma.

Marc Ganzhorn e seus colegas do Instituto Tecnológico Karlsruhe, na Alemanha, no entanto, queriam um sensor mais versátil.

Para isso, Ganzhorn inseriu um átomo metálico em uma molécula orgânica, dando-lhe um spin magnético, e colocou tudo sobre um nanotubo de carbono, montado sobre dois eletrodos metálicos, distantes 1 micrômetro um do outro.

O resultado foi muito mais radical do que esperado, criando um sensor inédito, capaz de traduzir os efeitos quânticos em vibrações mecânicas diretamente mensuráveis.

Isso tornou o sensor capaz de fazer uma série de medições - além das vibrações, ele pode medir massa e campos magnéticos muito tênues, em regime molecular.

Qubit ou memória quântica

No uso típico proposto pelos pesquisadores, o campo magnético de um único átomo induz uma alteração no spin do átomo metálico preso na molécula do sensor, fazendo-o alternar entre paralelo ou antiparalelo ao campo magnético que se quer medir.

Essa mudança no spin gera alterações na molécula que são transmitidas para o nanotubo na forma de vibrações.

Essas vibrações, por sua vez, induzem alterações nas distâncias atômicas no nanotubo, que podem ser detectadas por sua condutância elétrica, medida a partir dos dois eletrodos.

Essa forte conexão entre um spin magnético de um único átomo e as vibrações mecânicas, abre uma série de possíveis aplicações, que vão além dos experimentos quânticos, ou seja, na faixa de energias discretas e efeitos túnel.

A possibilidade mais promissora, segundo os pesquisadores, está na exploração dos efeitos quânticos para aplicações em escala macroscópica, eventualmente ajudando a esclarecer os limites da mecânica quântica - se é que ela os tem.

Além disso, o aparato tem tudo o que é necessário para definir um qubit, um bit dos computadores quânticos, com o spin do átomo metálico podendo ser usado tanto para cálculos, quanto como memória.

Bibliografia:

Strong spin-phonon coupling between a single-molecule magnet and a carbon nanotube nanoelectromechanical system
Marc Ganzhorn, Svetlana Klyatskaya, Mario Ruben, Wolfgang Wernsdorfer
Nature Nanotecnology
Vol.: 8, 165-169
DOI: 10.1038/nnano.2012.258




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