В МИФИ разработали метод повышения чувствительности датчиков магнитного поля

❋ 4.4

Среди используемых сегодня методов измерения магнитного поля весьма перспективен — магнитометрия на основе так называемых NV-центров в алмазе. В НИЯУ МИФИ разработали метод преодоления искажений в работе магнитных сенсоров этого типа и тем самым повышения их точности.

МИФИ

# алмазы

# датчики

# магнитное поле

# магнитометрия

# спины

Энергетические переходы в системе 14NV-13C при B = 0 (а), B = 0.3 Гс (б), спектр в нулевом магнитном поле (в) и в магнитном поле 0.3 Гс (г) / © Пресс-служба МИФИ

NV-центром (англ. nitrogen-vacancy center) или азото-замещенная вакансия в алмазе — называют разновидность точечных дефектов алмаза: нарушение строения кристаллической решетки алмаза, возникающее при удалении атома углерода из узла решетки и связывании образовавшейся вакансии с атомом азота.

Уникальность дефекта заключается в том, что его свойства практически аналогичны свойствам атома, будь тот «заморожен» в кристаллической решетке алмаза: электронные спины индивидуального центра легко манипулируются: светом; магнитным, электрическим и микроволновыми полями; это свойство «дефектных алмазов» делает его основой для создания сенсоров – в частности, сенсоров магнитного поля.

Одной из проблем магнитометрии на основе NV-центров в алмазе является необходимость учитывать влияние на NV-центры внутрикристаллического поля, которое в реальных кристаллах алмаза может быть довольно сильным вследствие наличия дефектов кристаллической структуры. Это может искажать показания сенсора. В этой связи актуальной является проблема различения вкладов магнитного и электрического полей при измерении магнитного поля. Для решения этой задачи, учеными из НИЯУ МИФИ было предложено заменить при создании NV-центра изотопы азота или даже вообще вместо азота использовать углерод.

Если вместо изотопа азота 14N, входящий в NV-центр, использовать изотоп 15N или NV-центр с близкорасположенным изотопом 13С в кристаллической решетке алмаза, то согласно приведенным расчетам, данные гибридные квантовые системы позволяют разделять эффекты от внутрикристаллических полей и измеряемого магнитного поля.

Например, в результате исследований влияния магнитного и электрического поля на дважды вырожденные состояния комплекса 14NV-13С показано, что вырождение снимается только магнитным полем. Для рассматриваемой системы поперечное электрическое поле до 150 кВ/см практически никак не влияет на зависимость расщепления. Расщепление линейно зависит от магнитного поля в диапазоне 0 – 0,5 Гс. Таким образом, сохранение вырождения энергетических уровней в электрическом поле может повысить чувствительность магнитометрии.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ - ведущий российский вуз, занимающийся подготовкой высококвалифицированных инженерных кадров для атомной отрасли, науки, IT-сферы, а также других высокотехнологичных секторов экономики России. Расположен в Москве, имеет 16 филиалов в разных регионах России, в Узбекистане и Казахстане