Bússolas atômicas vão melhorar imagens cerebrais, navegação e muito mais

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/04/2025

Menor bússola do mundo

A spintrônica e mesmo alguns tipos de qubits baseiam-se na exploração do spin dos átomos e algumas partículas subatômicas, um “giro” que é uma propriedade de natureza magnética.

Christopher Kiehl e colegas da Universidade do Colorado, nos EUA, propuseram agora um meio de levar a exploração desse magnetismo atômico ao limite: Eles construíram a bússola definitiva, cuja “agulha” é formada por um único átomo.

Kiehl descobriu uma nova maneira de medir a orientação de campos magnéticos usando um único átomo, o que deverá permitir não apenas a miniaturização definitiva das bússolas, mas também criar uma série de novos sensores que operam no regime quântico, desde eletrodos que mapeiam a atividade do cérebro humano até dispositivos para melhorar a navegação dos aviões.

“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 equipe já está desenvolvendo seus sensores para uso em equipamentos médicos, como esse capacete composto por mais de 100 magnetômetros atômicos.
[Imagem: FieldLine Inc.]

Magnetômetro 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”.

É claro que já 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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