Um sensor quântico foi colocado na ponta de uma pirâmide para chegar quase encostado ao material: o truque revela magnetismo em escala nanométrica
Pesquisadores criam pirâmide microscópica com detector supercondutor capaz de se aproximar de materiais e investigar campos magnéticos extremamente pequenos
Um sensor quântico instalado no topo de uma pirâmide microscópica promete revelar campos magnéticos em escala nanométrica. Desenvolvido na Universidade de Twente, nos Países Baixos, o dispositivo utiliza um anel supercondutor para se aproximar de materiais quânticos, superando limitações geométricas que dificultam a observação de correntes elétricas extremamente pequenas.
Como um sensor quântico foi instalado no topo de uma pirâmide?
Pesquisadores da Universidade de Twente construíram uma estrutura tridimensional com poucos micrômetros de altura, sustentada por quatro fios extremamente finos. No topo, instalaram um SQUID, dispositivo supercondutor capaz de detectar pequenas alterações no fluxo magnético. A estrutura fica presa à extremidade de um braço flexível que pode percorrer a superfície de uma amostra.
A principal inovação não está apenas na sensibilidade do detector, mas em sua posição. Ao elevar o anel acima da superfície do chip, a pirâmide permite aproximá-lo muito mais do material investigado. Essa geometria reduz obstáculos que normalmente impedem sensores planos de alcançar regiões onde os campos magnéticos apresentam detalhes extremamente pequenos.
O que o sensor quântico consegue detectar em escala nanométrica?
O dispositivo utiliza um anel supercondutor cujo diâmetro efetivo pode chegar a aproximadamente 100 nanômetros. Quando passa próximo de uma corrente elétrica, o campo magnético produzido por ela modifica o fluxo através do anel. Essa alteração gera uma resposta mensurável, permitindo investigar a distribuição do magnetismo em materiais microscópicos.
A equipe também desenvolveu uma técnica de fabricação compatível com processos utilizados na indústria de semicondutores. Em vez de produzir cada sensor manualmente, tornou possível fabricar centenas de estruturas simultaneamente. Cinco características resumem o avanço:
- A pirâmide possui altura de poucos micrômetros;
- O anel pode alcançar aproximadamente 100 nanômetros;
- Quatro nanofios percorrem as arestas da estrutura;
- O dispositivo opera em campos magnéticos de até 1 tesla;
- Entre 80% e 90% das pontas fabricadas apresentam condições de utilização.
Como a proximidade melhora a resolução das imagens magnéticas?
Campos magnéticos produzidos por estruturas muito pequenas perdem detalhes espaciais rapidamente conforme aumenta a distância de observação. Quando um SQUID permanece vários micrômetros afastado da amostra, sinais provenientes de regiões vizinhas se sobrepõem, dificultando a identificação de correntes individuais.
A pirâmide resolve parte desse problema ao posicionar o detector na extremidade mais próxima da superfície. A redução da distância melhora a capacidade de distinguir variações magnéticas localizadas, enquanto o tamanho reduzido do anel diminui a área sobre a qual o fluxo é medido. A resolução final também depende da altura de varredura e das propriedades do material.
Quais evidências científicas confirmam o funcionamento do dispositivo?
O estudo foi liderado por Thijs J. Roskamp e Hans Hilgenkamp, da Universidade de Twente, com participação de pesquisadores da empresa Bruker. Publicado em 23 de setembro de 2026 na revista Physical Review Applied, o artigo científico original descreve a fabricação de sensores SQUID sobre estruturas tridimensionais obtidas por litografia de cantos.
Os pesquisadores utilizaram silício, deposição de nióbio e feixes de íons focalizados para construir as estruturas supercondutoras. Demonstraram dispositivos operacionais com diâmetros efetivos entre aproximadamente 100 nanômetros e vários micrômetros. O avanço comprovado está na fabricação e no funcionamento dos sensores, enquanto novas aplicações de microscopia ainda precisam ser avaliadas experimentalmente.
O que diferencia a pirâmide dos sensores quânticos convencionais?
A fabricação tradicional de determinados sensores SQUID na ponta envolve procedimentos manuais, como esticar tubos de vidro e depositar materiais supercondutores. Embora funcionais, essas técnicas podem dificultar a padronização e a produção de grandes quantidades.
A abordagem desenvolvida em Twente utiliza processos aplicados sobre pastilhas inteiras de silício. Isso permite produzir centenas de dispositivos simultaneamente, com dimensões controladas e circuitos integrados ao braço de varredura.
| Característica | Resultado |
|---|---|
| Menor diâmetro efetivo | 100 nanômetros |
| Altura da pirâmide | Poucos micrômetros |
| Campo magnético operacional | Até 1 tesla |
| Pontas utilizáveis | 80% a 90% |
| Material supercondutor | Nióbio |
Como o sensor quântico poderá transformar a pesquisa de materiais?
Uma das aplicações previstas envolve investigar materiais supercondutores e sistemas eletrônicos nos quais correntes percorrem trajetórias extremamente estreitas. Mapear esses caminhos poderá ajudar a identificar irregularidades, defeitos e comportamentos magnéticos difíceis de observar por métodos convencionais.
O projeto integra o programa neerlandês QuMat, dedicado ao estudo de materiais quânticos. Entretanto, o sensor não representa um microscópio comercial completamente validado para todas essas aplicações. Os próximos desafios incluem demonstrar seu desempenho em diferentes amostras, controlar a distância durante a varredura e avaliar sua durabilidade em condições experimentais exigentes.
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