Tutkijat löytävät yhteyden magneettikentän voimakkuuden ja lämpötilan välillä

Anonim

Tutkijat havaitsivat äskettäin, että magneettikentän vahvuus, joka tarvitaan tietyn kvanttimekaanisen prosessin, kuten fotoluminesenssin ja kykyä säätää spin-tiloja sähkömagneettisilla (EM) kentillä, vastaa materiaalin lämpötilaa. Tämän löydön perusteella tutkijat voivat määrittää näytteen lämpötilan yhden kuutiometrin tarkkuuteen mittaamalla kentänvoimakkuuden, jolla tämä vaikutus tapahtuu. Lämpötila-anturi on integraalinen useimmissa teollisissa, elektronisissa ja kemiallisissa prosesseissa, joten suuremman alueliikenteen resoluutiolla voi olla hyötyä kaupallisista ja tieteellisistä harrastuksista. Tiimi kertoo havainnoistaan AIP Advancesissa .

Timanteissa typpiatomeilla voi korvata hiiliatomeja; kun tämä tapahtuu kidehilan avoimien töiden vieressä, se tuottaa käyttökelpoisia kvanttimääriä. Nämä avoimet työpaikat voivat olla negatiivisia tai neutraaleja maksuja. Negatiivisesti varautuneita avoimia keskuksia ovat myös fotoluminesenssi ja tuottavat havaittavissa olevan hehkun, kun ne altistuvat tietyille valon aallonpituuksille. Tutkijat voivat käyttää magneettikenttää manipuloimaan elektronien spinioita avoimissa työpaikoissa, mikä muuttaa fotoluminesenssin voimakkuutta.

Venäjän ja saksalaisten tutkijoiden ryhmä loi järjestelmän, joka pystyy mittaamaan lämpötiloja ja magneettikenttiä hyvin pienillä tarkkuuksilla. Tutkijat tuottivat piikarbidin kiteitä avoimilla työpaikoilla, jotka olivat samanlaisia ​​kuin timanttien typpivapaiden keskusten. Sitten ne altistivat piikarbidin infrapunasäteilyvalolle jatkuvan magneettikentän läsnäollessa ja kirjasivat tuloksena olevan fotoluminesenssin.

Vahvemmat magneettikentät helpottavat näiden avoimien työpaikkojen elektronien siirtymistä energiapolttotilojen välillä. Tietyllä kenttävoimalla elektronien osuus spin 3/2: n kanssa muuttuu nopeasti prosessissa, jota kutsutaan anticrossingiksi. Fotoluminesenssin kirkkaus riippuu elektronien osuudesta eri spin-tiloissa, joten tutkijat voisivat mitata magneettikentän voimakkuutta tarkkailemalla kirkkauden muutosta.

Lisäksi luminesenssi muuttuu äkillisesti, kun elektronit näissä avoimissa paikoissa tapahtuvat ristiinkytkemisessä, prosessi, jossa yksi kiihottunut kvanttisysteemi jakaa energiaa toisen järjestelmän kanssa sen alapuolella ja tuo molemmat välitilaan. Risteytyksen aikaansaamiseksi tarvittavan kenttävoiman vahvuus on suoraan sidoksissa materiaalin lämpötilaan. Muuttamalla kentän voimakkuutta ja tallentamalla, kun fotoluminesenssi muuttui äkillisesti, tutkijat voisivat laskea tutkittavan kiteen alueen lämpötilan. Joukkue sai yllättyä havaitsemaan, että kvanttivaikutukset pysyivät jopa huoneenlämmössä.

"Tämän tutkimuksen ansiosta voimme luoda lämpötila- ja magneettikentän antureita yhdessä laitteessa", sanoo Venäjän tiedeakatemian Ioffe-fysikaalisen teknisen instituutin Andrey Anisimov ja yksi paperin kirjoittajista. Lisäksi antureita voidaan pienentää 100 nanometreihin, mikä mahdollistaisi niiden käytön avaruusteollisuudessa, geofysikaalisissa havainnoissa ja jopa biologisissa järjestelmissä. "Päinvastoin kuin timantti, piikarbidi on jo saatavilla puolijohdemateriaalia, ja siitä on tehty diodeja ja transistoreita", Anisimov sanoi.

menu
menu