Una imperfección en una red cristalina que puede albergar estados cuánticos útiles para aplicaciones de detección.En física del estado sólido, un defecto es cualquier imperfección en la disposición regular de los átomos de una red cristalina: un átomo ausente, un átomo extra o una impureza. Lejos de ser simplemente un fallo, un defecto puede actuar como una 'trampa' localizada para electrones o espines, creando niveles de energía cuánticos discretos que son extremadamente sensibles a influencias externas como campos magnéticos, campos eléctricos o temperatura. Esta sensibilidad es lo que hace que los defectos sean tan valiosos para la detección cuántica: pueden transducir un pequeño cambio físico en una señal óptica o eléctrica medible.
El concepto de defectos de red fue introducido en la década de 1930 por Yakov Frenkel y Walter Schottky, quienes propusieron que las fluctuaciones térmicas crean vacantes e intersticiales. La aplicación de detección cuántica de los centros NV fue demostrada a finales de la década de 2000 por grupos en Stuttgart y Harvard.
Un ejemplo común es el centro de nitrógeno-vacante (NV) en el diamante, donde un átomo de carbono es reemplazado por nitrógeno y un sitio adyacente está vacío. Este defecto tiene un espín de electrón desapareado que puede ser inicializado y leído con luz. Cuando el espín precesa en un campo magnético, su estado cuántico cambia de manera que depende de la intensidad del campo; al medir el estado del espín, se puede inferir el campo magnético con resolución espacial a nanoescala. Otros defectos, como las vacantes en el carburo de silicio, funcionan de manera similar para campos eléctricos o temperatura.
Los sensores cuánticos basados en defectos se utilizan en magnetometría de alta resolución para mapear campos magnéticos en ciencia de materiales, en biología para detectar actividad neuronal, y en geofísica para medir el magnetismo de las rocas.
El centro de nitrógeno-vacante en el diamante puede detectar un solo espín de electrón desde unos pocos nanómetros de distancia, lo que lo convierte en una de las sondas magnéticas más sensibles jamás diseñadas.