Físicos descubren un vínculo entre la intensidad del campo magnético y la temperatura

Sensor de un chip de carburo de silicio. /Andrey Anisimov

Un equipo de investigadores del Instituto Físico-Tecnológico Ioffe (Rusia) ha descubierto recientemente que la intensidad del campo magnético requerido para provocar un proceso mecánico cuántico en particular corresponde a la temperatura del material. Basándose en este hallazgo, los científicos podrían determinar la temperatura de una muestra microscópica, midiendo la intensidad de campo a la que se produce este efecto. La detección de temperatura es integral en la mayoría de los procesos industriales, electrónicos y químicos, por lo que una mayor resolución espacial podría beneficiar a las actividades comerciales y científicas.


"Este estudio nos permite crear sensores de temperatura y de campo magnético en un dispositivo", señala Andrey Anisimov, del Ioffe Physical-Technical Institute de la Academia Rusa de Ciencias y uno de los autores del artículo, pubicado en AIP Advances. Para ello, el equipo creó un sistema que puede medir temperaturas y campos magnéticos con resoluciones muy pequeñas. En los diamantes, los átomos de nitrógeno pueden reemplazar los átomos de carbono, y cuando esto ocurre junto a las vacantes en la red cristalina, que pueden tener una carga negativa o neutral, se producen propiedades cuánticas útiles. En cristalografía, una vacante es un tipo de defecto puntual en un cristal, en el que falta un átomo de su sitio atómico regular. Las vacantes se forman naturalmente en todos los materiales cristalinos durante la solidificación, debido a la vibración de los átomos, su reorganización local, la deformación plástica y los bombardeos iónicos.

Los investigadores produjeron cristales de carburo de silicio con vacantes similares a los centros de vacantes de nitrógeno en diamantes. Luego, expusieron el carburo de silicio a la luz láser infrarroja en presencia de un campo magnético constante y registraron la fotoluminiscencia resultante. "A diferencia del diamante, el carburo de silicio ya es un material semiconductor disponible, y los diodos y transistores ya están hechos de él", dijo Anisimov.

Los campos magnéticos más fuertes hacen que sea más fácil para los electrones en estas vacantes transferir entre estados de giro de energía. El brillo de la fotoluminiscencia depende de la proporción de electrones en varios estados de espín, por lo que los investigadores podrían medir la fuerza del campo magnético al monitorear el cambio en el brillo. Al variar la intensidad del campo y registrar cuándo la fotoluminiscencia cambió de repente, los científicos pudieron calcular la temperatura de la región del cristal bajo investigación. El equipo se sorprendió al descubrir que los efectos cuánticos se mantuvieron incluso a temperatura ambiente.

De este modo, los sensores pueden miniaturizarse a 100 nanómetros, lo que permitiría su uso en la industria espacial, observaciones geofísicas e incluso sistemas biológicos, concluyen los autores.

Beatriz de Vera
https://nmas1.org/news/2018/08/21/campo-magnetico-temperatura