Físicos criam ‘menor discoteca do mundo’ com nanodiamantes

A mais nova invenção da Purdue University funciona quase como uma pequena discoteca, refletindo luzes coloridas que se movem rapidamente. Mas está, na verdade, ligado à física quântica. Levitados, atingidos por lasers e girados a 1,2 bilhão de rpm (rotações por minuto), os nanodiamantes são os protagonistas do experimento publicado na revista Comunicações da Natureza e publicado em portal da instituição.

Entender:

• Físicos da Purdue University criaram um mecanismo que se parece muito com uma minidiscoteca;
• Na verdade, é um experimento relacionado ao estudo da física quântica;
• A equipe criou uma espécie de câmara de vácuo para levitar nanodiamantes;
• Irradiadas com elétrons de alta energia, as pedras passaram a apresentar uma espécie de defeito em sua estrutura cristalina que pode armazenar informações quânticas;
• A equipe usou um laser verde e infravermelho para coletar informações quânticas sobre os diamantes.

Com cerca de 750 nanômetros de largura, os minúsculos diamantes foram criados pela equipe usando alta pressão e temperatura. Depois, graças à irradiação com elétrons de alta energia, foram criados nas pedras preciosas os chamados centros de vacância de nitrogênio (uma espécie de defeito na estrutura cristalina do diamante), capazes de armazenar informações quânticas.

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A estrutura responsável por levitar os diamantes foi criada com uma camada de ouro e uma fina pastilha de safira. O ouro gera um campo magnético que cria uma espécie de câmara de vácuo – método chamado de armadilha de íons –, elevando as pequenas pedras.

“O diamante levitado pode girar em torno do eixo z (perpendicular à superfície da armadilha de íons), mostrado no esquema, no sentido horário ou anti-horário, dependendo do nosso sinal de disparo. Se não aplicarmos o sinal de disparo, o diamante irá girar omnidirecionalmente, como um novelo de lã”, explica Kunhong Shen, um dos autores do estudo, em declaração.

Quando iluminados com um laser verde, os diamantes emitem uma luz vermelha que revela os estados de spin (movimento angular) dos seus eletrões. Um laser infravermelho também foi utilizado para indicar como as pedras estão girando e, combinadas, as medições permitem analisar como o spin dos diamantes afeta a informação quântica de seus defeitos.

“Imagine pequenos diamantes flutuando no espaço vazio ou no vácuo. Dentro deles, existem qubits [bits quânticos] de rotação que os cientistas podem usar para fazer medições precisas e explorar a misteriosa relação entre a mecânica quântica e a gravidade”, disse Tongcang Li, principal autor do estudo.