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| Las propiedades de espín de electrones y huecos, que se encuentran en la capa intermedia del dispositivo, apuntan hacia arriba o hacia abajo y son muy sensibles a los campos magnéticos externos. Crédito: Universidad de Nueva Gales del Sur |
La detección y cartografía de campos magnéticos son importantes para una amplia gama de aplicaciones científicas y tecnológicas en sistemas físicos y biológicos. En comparación con los métodos tradicionales, las técnicas de detección cuántica presentan ventajas significativas, como la alta sensibilidad en la detección de campos y la alta resolución espacial en la cartografía de campos.
La detección cuántica de campos magnéticos y la obtención de imágenes han generado interés debido a su potencial de alta sensibilidad y resolución espacial. Los sistemas utilizados habitualmente requieren excitación láser o temperaturas criogénicas, lo que dificulta su integración a escala de chip y su escalabilidad comercial. Este estudio presenta un sensor integrado de imágenes de campo magnético de estado sólido basado en un diodo orgánico emisor de luz (OLED) que utiliza resonancia magnética con resolución espacial para producir un mapa fiable del campo magnético.
Los OLED son una novedosa tecnología de visualización que ofrece una de las pantallas de mayor calidad en teléfonos inteligentes y televisores.
Según investigadores de la UNSW de Sydney del Centro ARC de Excelencia en Ciencia de Excitones, los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) pueden utilizarse para escanear campos magnéticos. Este hallazgo tiene importantes aplicaciones en los sectores sanitario e industrial.
Esta tecnología utiliza los OLED, un material semiconductor que suele encontrarse en televisores de pantalla plana, pantallas de teléfonos inteligentes y otras pantallas digitales, para generar luz visible cuando se degradan.
El Dr. Rugang Geng declaró: "Nuestros hallazgos demuestran que los OLED, una tecnología disponible en el mercado, pueden utilizarse no sólo para pantallas e iluminación, sino también para la detección cuántica y la obtención de imágenes de campos magnéticos mediante la integración de una pequeña pieza de electrónica de microondas. Si esta tecnología se desarrolla adecuadamente, la gente podría utilizar sus teléfonos inteligentes para cartografiar los campos magnéticos que les rodean, por ejemplo, para detectar defectos en diamantes o joyas. Esto también tiene aplicaciones en la industria, como encontrar defectos en materiales de construcción o como sensor biomédico".
Y añade: "El principio básico de funcionamiento de un dispositivo OLED es que, cuando se aplica un voltaje, se inyectan electrones y huecos en las distintas capas del dispositivo. Cuando los electrones y los huecos se encuentran en la capa central, forman 'excitones', que emiten luz visible al descomponerse, y eso es lo que hace que los OLED sean útiles como pantallas y fuentes de iluminación".
Esta técnica de emisión de luz aprovecha las propiedades de carga de los electrones, que tienen carga negativa, y de los huecos, que tienen carga positiva, así como una propiedad intrínseca conocida como espín.
Este espín puede "flip-flopear" (o cambiar de dirección) en condiciones de resonancia magnética y es especialmente sensible a los campos magnéticos externos. Esta técnica tiene aplicaciones industriales, como la detección de fallos en materiales de construcción o como sensor biológico.
Según el investigador, "midiendo el cambio de señal, tanto en la corriente eléctrica como en la luz de emisión, inducido por dicho flip-flop, podemos detectar la intensidad de cualquier campo magnético al que se exponga el dispositivo".
El Dr. Geng, el Prof. McCamey y sus colegas crearon un pequeño campo magnético oscilante sobre un dispositivo OLED, lo que permitió que cada píxel funcionara como un pequeño sensor de campo magnético.
El Prof. McCamey declaró: "No nos sorprendió el resultado -llevamos unos cuantos años persiguiendo esto-, pero sí la resolución de las imágenes que pudimos hacer: podemos ver detalles a escalas de longitud submicrométricas, similares al tamaño de una bacteria o una neurona".
La resolución de las imágenes permite ver detalles en escalas de longitud submicrométricas, comparables al tamaño de un microbio o una neurona. Este estudio es la siguiente etapa en el avance de los equipos de obtención de imágenes de campo magnético. Los equipos existentes de detección cuántica y de obtención de imágenes de campos magnéticos suelen ser enormes y costosos, ya que requieren energía adicional de un láser de alta potencia o temperaturas extremadamente bajas.
Sin embargo, el nuevo método creado por los científicos puede funcionar a escala de microchip y no requiere la entrada de un láser, lo que sugiere una promesa significativa para aplicaciones en investigación científica, industria y medicina.
Esperamos mejorar el rendimiento general del dispositivo, optimizando su arquitectura y explorando otras técnicas que puedan aumentar significativamente la sensibilidad del campo. También estamos explorando colaboraciones con empresas de tecnología OLED, ya que su experiencia en el paso de dispositivos del laboratorio a productos comerciales ayudará a acelerar la traslación de esta tecnología."
Fuentes, créditos y referencias: