Un defecto del nitrógeno-vacante (NV) en el diamante, se ha utilizado para crear un magnetómetro que puede medir los campos magnéticos generados por los cabezales de escritura de los discos duros. El trabajo fue realizado por investigadores de Alemania y el Reino Unido que han demostrado que una sola NV puede detectar los campos magnéticos oscilantes y estáticos asociados con los cabezales de escritura, en tamaños nanométricos. El nuevo trabajo podría ayudar aún más a reducir el tamaño de las unidades de discos duros, lo que aumenta su capacidad de almacenamiento de datos.

“La industria de disco duro no tiene actualmente establecidos sensores que puedan resolver el campo magnético de los cabezales de escritura en la escala de 5 a 10 nm,” explica el miembro del equipo de la Universidad de Stuttgart, Ingmar Jakobi. “Esto es un grave impedimento para el desarrollo de estos dispositivos, que llevarán a la mayor parte de los datos en el mundo digital, que continúan creciendo en tamaño.”

El defecto NV en el diamante ofrece una solución a este problema porque comprende un solo giro de electrones que es altamente aislado de su entorno inmediato. Este giro es esencialmente un imán pequeño que podría ser usado para detectar cambios en un campo magnético a través de distancias nanométricas.

Ahora, un equipo dirigido por Jörg Wrachtrup en la Universidad de Stuttgart ha demostrado que una sola NV puede actuar como un sensor magnético-atómico de un tamaño que pueda detectar los campos magnéticos de banda ancha producidas por la cabeza del escritor de los disco duro. Los centros NV emiten luz fluorescente de color rojo cuando se ilumina con luz verde, y la intensidad de esta luz roja se ve afectada por la presencia de un campo magnético externo. “Dependiendo del estado de espín del defecto NV, vemos fluorescencia más oscura o más clara; y esto nos permite centrarnos en un solo defecto cerca de una cabeza de escritura utilizando un microscopio confocal y determinar su estado de espín”, explica Jakobi.

El giro también tiene una interacción con el “efecto Zeeman”, por lo que sus niveles de energía se separan en la presencia de un campo magnético. Esto significa que la fuerza de un campo estático aplicado puede determinarse haciendo mediciones de resonancia magnética. Además, la fuerza de un campo oscilante puede determinarse a partir de la medición de las tasas de transición de espín.

Debido a que el espín del electrón NV está más o menos confinado a un solo sitio de la red de diamante, el volumen que las sondas de los sensores emiten es de apenas unos pocos “Ångströms” cúbicos. Como resultado, la resolución espacial lograda por el equipo depende de su capacidad para posicionar con precisión la NV.

Para probar su sensor basado en NV, los investigadores escanearon una cabeza de disco duro (que es de aproximadamente 1 mm de tamaño) sobre la superficie de una muestra que contiene un NV de diamante. La parte crítica del cabezal de escritura, el polo de escritura, mide solamente alrededor de 100 nm de tamaño y se coloca cerca de la NVs. “En primer lugar, pudimos observar cómo la respuesta de fluorescencia de NV cambia con la dirección del campo aplicado,” dice Jakobi. “Es en su máximo esplendor cuando el campo está alineado con el eje del cristal a lo largo de los que se orienta el defecto, y por lo tanto esta es una buena manera de medir la orientación del campo.”

Utilizando el centro NV, el equipo fue capaz de medir los campos magnéticos que fueron oscilando a frecuencias que se aproximaban a un gigahertz. También podría medir los cambios en la fuerza del campo magnético a través de distancias nanométricas.

Los sensores de control de calidad de las líneas de producción son también una posibilidad. Por el momento, los escritores sólo se prueban en un disco duro terminado, pero la nueva técnica podría permitir pruebas en la etapa de la oblea, desde el principio en el proceso de producción, y por lo tanto reducir los costes de fabricación.

Pengbo Li de la Universidad Jiaotong de Xi’an en China, que no participó en este estudio, opina que los avances son “muy interesante e importantes”. “Proporcionan una herramienta única para medir con precisión los campos magnéticos en la nanoescala y hará avanzar el campo de los sensores de alta precisión basados en centros NV.”