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.
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.
