Výzkumníci objevují vazbu mezi intenzitou magnetického pole a teplotou

Ludmila Volná (Smět 2019).

Anonim

Výzkumníci nedávno zjistili, že síla magnetického pole potřebná ke vyvolání určitého kvantového mechanického procesu, jako je fotoluminiscence a schopnost řídit spinové stavy elektromagnetickým (EM) polí, odpovídá teplotě materiálu. Na základě tohoto zjištění mohou vědci stanovit teplotu vzorku na rozlišení jednoho kubického mikronu měřením intenzity pole, ve kterém tento efekt nastane. Snížení teploty je nedílnou součástí většiny průmyslových, elektronických a chemických procesů, takže větší prostorové rozlišení by mohlo být prospěšné pro komerční a vědecké účely. Tým hlásí své poznatky v programu AIP Advances.

V diamantech mohou atomy dusíku nahradit atomy uhlíku; když k tomu dochází vedle volných míst v krystalové mřížce, produkuje užitečné kvantové vlastnosti. Tato volná místa mohou mít negativní nebo neutrální poplatek. Negativně nabitá centra jsou také fotoluminiscenční a vytvářejí detekovatelnou záři, když jsou vystaveny určitým vlnovým délkám světla. Výzkumníci mohou použít magnetické pole k manipulaci s otáčkami elektronů v volných pracovních místech, což mění intenzitu fotoluminiscence.

Tým ruských a německých vědců vytvořil systém, který dokáže měřit teploty a magnetické pole při velmi malých rozlišeních. Vědci vytvořili krystaly karbidu křemíku s volnými místy podobnými střediskám pro uvolnění dusíku v diamantech. Poté vystavili karbidu křemíku infračervenému laserovému světlu v přítomnosti konstantního magnetického pole a zaznamenali výslednou fotoluminiscenci.

Silnější magnetické pole usnadňují přenos elektronů v těchto volných místech mezi energetickými spinovými stavy. Při specifické intenzitě pole se poměr elektronů se rotací 3/2 rychle mění, v procesu nazývaném protikroužením. Jasnost fotoluminiscence závisí na podílu elektronů v různých spinových stavech, takže vědci mohou měřit sílu magnetického pole monitorováním změny jasu.

Luminiscence se navíc náhle mění, když elektrony v těchto volných místech procházejí křížovou relaxací, což je proces, kdy jeden vzrušený kvantový systém sdílí energii s jiným systémem v jeho základním stavu a přivede oba do mezilehlého stavu. Síla pole potřebná k vyvolání křížové relaxace je přímo spojena s teplotou materiálu. Změnou intenzity pole a zaznamenáním, kdy se fotoluminiscence náhle změnila, vědci mohli vypočítat teplotu oblasti krystalu, kterou zkoumali. Tým byl překvapen, když zjistil, že kvantové účinky zůstanou i při pokojové teplotě.

"Tato studie nám umožňuje vytvořit snímače teploty a magnetického pole v jednom zařízení, " řekl Andrey Anisimov, fyzikálně-technický institut Ioffe z Ruské akademie věd a jeden z autorů práce. Kromě toho mohou být senzory miniaturizovány na 100 nanometrů, což by umožnilo jejich využití v kosmickém průmyslu, geofyzikálních pozorováních a dokonce i biologických systémech. "Na rozdíl od diamantu je karbid křemíku již dostupným polovodičovým materiálem a diody a tranzistory jsou již vyrobeny z něj, " řekl Anisimov.

menu
menu