Nanodiamantes em Levitação Giram a 1,2 mil milhões de Rotações por Minuto no Vácuo

Os físicos da Universidade de Purdue levitaram diamantes à escala nanométrica, fazendo-os brilhar e girar a 1,2 mil milhões de rpm com lasers. Estas experiências poderão fazer avançar significativamente a investigação em física quântica.

Criação de nanodiamantes quânticos através de alta pressão

Os nanodiamantes, com uma largura média de 750 nanómetros, são inicialmente produzidos a alta pressão e temperatura. Depois, são irradiados com electrões de alta energia para criar o chamado defeito de vacância do azoto, que pode ser utilizado para armazenar informação quântica.

A equipa fez levitar os nanodiamantes criando uma armadilha de iões de superfície com uma fina camada de ouro sobre uma bolacha de safira, gravada em forma de “ómega” (Ω). Quando a corrente passa através do ouro, gera um campo eletromagnético que faz levitar o nanodiamante numa câmara de vácuo.

Podemos ajustar a tensão para alterar o sentido de rotação”, explicou Kunhong Shen, um dos autores do estudo. “O diamante levitado pode rodar em torno do eixo z (que é perpendicular à superfície da armadilha de iões), como mostra o diagrama, no sentido dos ponteiros do relógio ou no sentido contrário, dependendo do nosso sinal de controlo. Se não aplicarmos o sinal de controlo, o diamante girará em todas as direcções, como um novelo de lã.

Conseguir taxas de rotação recorde de nanodiamantes

Ao fazê-lo, a equipa conseguiu fazer com que os nanodiamantes girassem a velocidades de até 1,2 mil milhões de rpm. Apesar de impressionante, este recorde está longe de ser o mais rápido – o mesmo grupo detém atualmente o recorde com um “haltere” à nanoescala que atingiu uns espantosos 300 mil milhões de rpm.

Explorar a gravidade quântica com nanodiamantes em levitação

O estudo dos nanodiamantes vai para além da quebra de recordes. A iluminação por laser verde revela os estados de spin dos electrões, enquanto um laser infravermelho mostra a sua rotação. A comparação destas medições ajuda os cientistas a compreender como o spin dos diamantes afecta a informação quântica.

Imaginem pequenos diamantes a flutuar no vácuo”, disse Tongcang Li, o principal autor do estudo. “Estes diamantes alojam qubits de spin para medições precisas e para explorar a ligação entre a mecânica quântica e a gravidade. Enquanto as experiências anteriores se debatiam com a perda de diamantes e com as leituras dos qubits, conseguimos levitar um diamante com uma armadilha de iões, o que nos permitiu observar e controlar os qubits de spin pela primeira vez.

A principal questão que a equipa espera explorar é a forma como a gravidade pode ser explicada em termos quânticos, o que continua a ser um dos problemas mais difíceis da física.

Leia o Artigo Original: New Atlas

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