Atualizado 15 de maio de 2025 por Sergio A. Loiola
Christopher Kiehl e colegas da Universidade do Colorado, EUA, levaram a exploração do magnetismo atômico ao limite: construíram uma bússola cuja “agulha” é um único átomo.
Kiehl e sua equipe descobriram uma nova maneira de medir a orientação de campos magnéticos usando um único átomo, o que deverá permitir a miniaturização definitiva das bússolas.
Alem disso, permite criar uma série de novos sensores que operam no regime quântico, desde eletrodos que mapeiam a atividade do cérebro humano, Exames na medicina, biologia, até dispositivos para melhorar a navegação dos aviões.
O artigo foi publicado na Revista Optica.
“Você pode pensar em cada átomo como uma agulha de bússola,” disse o pesquisador Dawson Hewatt. “E temos um bilhão de agulhas de bússola, o que poderia resultar em dispositivos de medição realmente precisos.”
A tecnologia da bussola atômica é uma nova fronteira da Spintrônica, usada tambem em alguns tipos de qubits. Ela baseia-se na exploração do spin dos átomos e algumas partículas subatômicas, um “giro” que é uma propriedade de natureza magnética.
Magnetômetro atômico mede intensidade e direção
Não é simples medir campos magnéticos no mar de magnetismo em que vivemos, do campo magnético da Terra aos minúsculos pulsos de energia magnética que são liberados cada vez que um dos nossos.
neurônios dispara. E também não dá para simplesmente pegar um átomo com uma pinça e sair usando-o para fazer medições por aí.
A equipe resolveu as duas coisas usando uma pequena câmara fria contendo bilhões de átomos do elemento rubídio, na forma de vapor.
Esses átomos são afetados pelos campos magnéticos mais frágeis, e as mudanças na energia que os átomos experimentam podem ser medidas usando um laser. A equipe chama a abordagem de “magnetômetro bombeado opticamente”.
430msperíodo. As rotações do campo magnético (seta azul) e a desativação do aquecimento elétrico são iniciadas 1 s e 40 ms antes de cada período de medição para minimizar as correntes parasitas durante a aquisição. Todas as 12 medições Rabi e SPaR, correspondentes às três configurações MPE e quatro transições hiperfinas, são repetidas 10 vezes cada. Imagem do Artigo
Existiam sensores magnéticos spintrônicos, mas eles só eram capazes de medir a intensidade do campo magnético.
A novidade agora é que o novo sensor consegue medir a direção em que o campo magnético está apontando, e fazer isso sem qualquer necessidade de calibração prévia com um campo magnético de referência.
Isto foi feito usando uma antena de micro-ondas como referência, o que permite que os próprios átomos corrijam quaisquer mudanças na referência ao longo do tempo.
Ao receber o sinal de micro-ondas, a estrutura interna de cada átomo “balança” ligeiramente, uma espécie de dança que traz muitas informações.
“Podemos ler essas oscilações, que nos informam sobre a força das transições de energia pelas quais os átomos estão passando, o que então nos informa sobre a direção do campo magnético,” disse a professora Cindy Regal, coordenadora da equipe.
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É Livre a reprodução de matérias mediante a citação do título do texto com link apontando para este texto. Crédito do site Nature & Space
BÚSSOLA DE UM ÁTOMO REVOLUCIONA EXAMES, NAVEGAÇÃO, SENSORES
Bibliografia
Artigo: Accurate vector optically pumped magnetometer with microwave-driven Rabi frequency measurements
Autores: Christopher Kiehl, Thanmay S. Menon, Svenja Knappe, Tobias Thiele, Cindy A. Regal
Revista: Optica
Vol.: 12, Issue 1, pp. 77-87
DOI: 10.1364/OPTICA.542502
Inovação Tecnológica
Bússolas atômicas vão melhorar imagens cerebrais, navegação e muito mais
