Forskere realiserer nanoskala-elektrometri baseret på magnetfelt-resistente spin-sensorer

Et team ledet af prof. Du Jiangfeng, Prof. Shi Fazhan, og prof. Wang Ya fra University of Science and Technology i Kina, fra det kinesiske videnskabsakademi, foreslået en robust elektrometrisk metode, der anvender en kontinuerlig dynamisk afkoblingsteknik, hvor de kontinuerlige drivfelter giver en magnetfeltresistent klædt ramme. Undersøgelsen blev offentliggjort i Fysiske anmeldelsesbreve den 19. juni.

Karakterisering af elektriske egenskaber og forståelse af dynamikken i nanoskala bliver væsentlig i udviklingen af ​​moderne elektroniske enheder, såsom halvledertransistorer og kvantechips, især når funktionsstørrelsen er skrumpet til flere nanometer.

Nitrogen-tomgangscentret (NV) i diamant - en spinsensor i atomskala - har vist sig at være et attraktivt elektrometer. Elektrometri ved hjælp af NV -centeret ville forbedre forskellige sanse- og billeddannelsesapplikationer. Imidlertid, dens naturlige følsomhed over for magnetfeltet hindrer effektiv detektering af det elektriske felt.

NV -centeret er en defekt i diamant, som består af et substituerende kvælstof og en tilstødende ledig plads. NV-centret nyder godt af sådanne egenskaber som dets bekvemme tilstandspolarisering og lange sammenhængstid på grund af spin-renhedsmiljøet.

I dette studie, forskerne brugte en Ramsey-lignende sekvens til at måle det elektriske felt. Også, de målte defaseringen af ​​NV-centrene nær overfladen (8 nm dyb fra diamantoverfladen) for at evaluere overfladens elektriske støj.

De demonstrerede en robust metode til nanoskalaelektrometri baseret på spinsensorer i diamant. Sammenligning med elektrometrien ved at anvende et ikke-aksialt magnetfelt, deres metode har samme modtagelighed for det elektriske felt, og mere robust over for den magnetiske støj. Derfor, en højere elektrisk feltfølsomhed er opnåelig.

Deres elektrometri er mere anvendelig i nærvær af stærkt magnetisk felt inhomogenitet eller udsving, hvilket er gunstigt til praktiske anvendelser ved brug af NV-centre nær overfladen - for eksempel:karakterisering af multiferroiske materialer.

De bruger også denne metode til at studere støjmiljøet i NV-centre nær overfladen. Ved at udelukke den magnetiske støj, de observerede en kvantitativ sammenhæng mellem defaseringshastigheden af ​​NV-centre og den relative dielektriske permittivitet af overfladedækkede væsker.

Denne undersøgelse hjælper yderligere forståelse af støjmiljøet i nær-overflade NV-centre, som er afgørende for en bred vifte af sanseapplikationer og tilbyder interessante muligheder for dielektrisk sansning i nanoskala.