Forskere opdager sammenhæng mellem magnetfeltstyrke og temperatur

Forskere opdagede for nylig, at styrken af ​​det magnetiske felt, der kræves for at fremkalde en bestemt kvantemekanisk proces, såsom fotoluminescens og evnen til at styre spin -tilstande med elektromagnetiske (EM) felter, svarer til materialets temperatur. Baseret på dette fund, forskere kan bestemme en prøves temperatur til en opløsning på en kubik mikron ved at måle feltstyrken, ved hvilken denne effekt opstår. Temperaturregistrering er integreret i de fleste industrielle, elektroniske og kemiske processer, så større rumlig opløsning kunne gavne kommercielle og videnskabelige sysler. Teamet rapporterer deres fund i AIP forskud .

I diamanter, nitrogenatomer kan erstatte kulstofatomer; når dette sker ved siden af ​​ledige pladser i krystalgitteret, det producerer nyttige kvanteegenskaber. Disse ledige stillinger kan have en negativ eller neutral afgift. Negativt ladede ledige centre er også fotoluminescerende og producerer en påviselig glød, når de udsættes for visse bølgelængder af lys. Forskere kan bruge et magnetfelt til at manipulere elektronernes drejninger i de ledige stillinger, som ændrer intensiteten af ​​fotoluminescensen.

Et team af russiske og tyske forskere skabte et system, der kan måle temperaturer og magnetfelter ved meget små opløsninger. Forskerne fremstillede krystaller af siliciumcarbid med ledige stillinger, der ligner nitrogen-ledige centre i diamanter. Derefter, de udsatte siliciumcarbidet for infrarødt laserlys i nærværelse af et konstant magnetfelt og registrerede den resulterende fotoluminescens.

Stærkere magnetfelter gør det lettere for elektroner i disse ledige stillinger at overføre mellem energispin -tilstande. Ved en bestemt feltstyrke, andelen af ​​elektroner med spin 3/2 ændrer sig hurtigt, i en proces kaldet anticrossing. Lysstyrken af ​​fotoluminescensen afhænger af andelen af ​​elektroner i forskellige spin -tilstande, så forskerne kunne måle magnetfeltets styrke ved at overvåge ændringen i lysstyrke.

Derudover luminescensen ændrer sig pludseligt, når elektroner i disse ledige stillinger krydser afslapning, en proces, hvor et ophidset kvantesystem deler energi med et andet system i sin grundtilstand, bringe begge til en mellemliggende tilstand. Feltets styrke, der er nødvendig for at fremkalde krydsrelaksation, er direkte knyttet til materialets temperatur. Ved at variere feltets styrke, og optagelse, når fotoluminescens pludselig ændrede sig, videnskabsmændene kunne beregne temperaturen i det område af krystallen, der undersøges. Teamet blev overrasket over at opdage, at kvanteeffekterne forblev selv ved stuetemperatur.

"Denne undersøgelse giver os mulighed for at oprette temperatur- og magnetfeltsensorer i en enhed, "sagde Andrey Anisimov, fra Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences og en af ​​forfatterne til papiret. I øvrigt, sensorer kan miniaturiseres til 100 nanometer, som ville muliggøre deres anvendelse i rumindustrien, geofysiske observationer og endda biologiske systemer. "I modsætning til diamant, siliciumcarbid er allerede et tilgængeligt halvledermateriale, og dioder og transistorer er allerede lavet af det, "Sagde Anisimov.