Pesquisadores da RMIT University, em Melbourne (Austrália), apresentaram um método que eleva em 4,8 vezes a sensibilidade magnética de sensores quânticos baseados em nanodiamantes. O estudo, publicado na revista Advanced Science, descreve a incorporação dessas partículas em filmes poliméricos confinados entre dois espelhos de prata, formando cavidades ópticas de centímetros de área produzidas com equipamentos padrão da indústria de semicondutores.
A estrutura segue o modelo Fabry-Pérot: um espelho de prata de 100 nm atua como base refletora, sobre o qual é depositada a camada polimérica contendo os sensores; o conjunto é fechado por um espelho semitransparente de 25 nm. A espessura do polímero, ajustada via spin-coating, define o comprimento de onda ressonante, que pode variar de 500 a 800 nm — faixa que cobre a emissão dos centros nitrogênio-vacância presentes nos diamantes.
Resultados principais
• Nanodiamantes de 20 nm: a profundidade do sinal de ressonância magnética óptica aumentou 2,8 vezes e o brilho triplicou, resultando em ganho global de 4,8 vezes na sensibilidade, capaz de detectar campos de 1 µT/Hz.
• Nanodiamantes de 100 nm: melhoria de 1,4 vez.
• Nanopartículas de nitreto de boro hexagonal (70 nm): até 13 vezes de aumento na taxa de decaimento e três vezes mais brilho, porém sem sinal de ressonância utilizável.
Medições de fotoluminescência revelaram que o tempo de decaimento de nanodiamantes alinhados com a ressonância em 650 nm caiu de 16,3 ns para 5,63 ns — efeito compatível com a aceleração radiativa prevista pelo efeito Purcell. O brilho total manteve-se praticamente inalterado, indicando ausência de perdas não radiativas significativas.
Limitações e perspectivas
A presença da cavidade impõe uma distância mínima de 104 nm entre os sensores e o alvo medido, o que atenua o campo magnético detectado. Segundo a equipe, o ganho de sensibilidade compensa essa separação até cerca de 495 nm; além desse ponto, filmes sem cavidade podem ser mais adequados.
Imagem: Nanowerk https
Por utilizar apenas técnicas de spin-coating sobre substratos refletivos, o processo dispensa alinhamento nanopreciso e viabiliza produção em escala de wafer, tanto em silício quanto em quartzo. Os autores sugerem que futuras versões com espelhos dielétricos poderão reduzir perdas ópticas e permitir melhor acoplamento de micro-ondas, ampliando ainda mais o desempenho.
Com informações de Nanowerk
