Em um novo relatório agora publicado na Science Advances , Andrey Jarmola e uma equipe internacional de pesquisa em física e materiais nos EUA e na Alemanha demonstraram a função de um sensor de rotação baseado nos spins nucleares de nitrogaªnio-14 ( 14 N) intra­nsecos a  vaca¢ncia de nitrogaªnio centros de cores em diamante.

Os girosca³pios de rotação nuclear são baseados em centros de cores de vaca¢ncia de nitrogaªnio (NV) em diamante e são ana¡logos de dispositivos NMR baseados em vapor capazes de funcionar em uma ampla gama de condições ambientais. Um sensor de diamante pode funcionar como um multissensor para relatar o campo magnético , temperatura e deformação, enquanto serve como uma referaªncia de frequência , adequado para ambientes desafiadores. Jarmola et al. mostraram como um girosca³pio de NMR de diamante forneceu informações diretamente sobre os estados de spin nuclear sem exigir conhecimento preciso das frequências de transição do spin do elanãtron que são suscetíveis a influaªncias ambientais. Com mais melhorias no dispositivo, a equipe espera aplicações prática s de girosca³pios de diamante em miniatura durante a navegação.

Na configuração experimental, a equipe montou o sensor de diamante, laser de diodo verde, fotodetector e todos os componentes a³pticos em uma plataforma rotativa regulada por um sistema de tabela de taxas comerciais. O diamante manteve uma placa de cristal aºnico de 400 µm de espessura com uma concentração de vaca¢ncia de nitrogaªnio de 4 partes por milha£o. Eles produziram o campo magnético polarizado usando dois a­ma£s em anel de sama¡rio-cobalto com compensação de temperatura . Jarmola et al. usou uma lente condensadora asfanãrica para iluminar um dia¢metro de 50 µm no diamante com uma luz laser verde de 80 mW para coletar fluorescaªncia de vaca¢ncia de nitrogaªnio. Os cientistas filtraram espectralmente a fluorescaªncia com um filtro passa-banda e focalizou em um dos canais de um fotodetector balanceado para fotodetecção. Eles então distribua­ram pulsos de radiofrequência para controle de spin nuclear usando um fio de cobre de 160 µm de dia¢metro colocado nasuperfÍcie do diamante pra³ximo ao foco a³ptico. Para evitar rua­dos do campo magnético ambiente, a equipe colocou a configuração incluindo o diamante e os a­ma£s dentro de escudos magnanãticos de aa§o de baixo carbono.

Para detectar a rotação, a equipe mediu a mudança no estado de precessão dos spins nucleares de 14 N intra­nsecos aos centros de vaca¢ncia de nitrogaªnio no diamante. Os cientistas prepararam os spins nucleares de 14 N em um estado de superposição. Eles então alcana§aram a detecção de rotação apresentada no trabalho medindo asmudanças de frequência com uma técnica de interferometria de Ramsey . Para demonstrar as implicações prática s do girosca³pio de diamante em uma gama de taxas de rotação, os cientistas realizaram uma sanãrie de experimentos de teste em uma tabela de taxas. Para comea§ar, eles calibraram o girosca³pio e então converteram o sinal de fluorescaªncia em um sinal de rotação de calibração.

Desta forma, Andrey Jarmola e colegas desenvolveram um girosca³pio de NMR de estado sãolido baseado em spins nucleares de 14 N intra­nsecos aos centros de vaca¢ncia de nitrogaªnio (NV) em diamante. Jarmola et al. observou as principais caracteri­sticas da técnica, incluindo polarização a³ptica e leituras dos spins nucleares sem usar transições de micro-ondas. Ao usar a­ma£s com compensação de temperatura, proteção magnanãtica e protocolos de pulso robustos, a equipe reduziu a influaªncia da temperatura e do desvio do campo magnético para estender a estabilidade de longo prazo do girosca³pio para centenas de segundos. A equipe pretende melhorar a sensibilidade do girosca³pio de diamante estendendo o 14N tempo de coeraªncia do spin nuclear. Para melhorar a estabilidade a longo prazo, eles também propaµem reduzir os desvios do campo magnético ambiente com melhor blindagem magnanãtica.