חוקרים מגלים קשר בין עוצמת השדה המגנטי לטמפרטורה

(Hebrew) THRIVE: What on Earth Will It Take? (יוני 2019).

Anonim

חוקרים גילו לאחרונה כי כוחו של השדה המגנטי הנדרש כדי לעורר תהליך מכני קוונטי מסוים, כגון photoluminesencence ואת היכולת לשלוט במצבים ספין עם שדות אלקטרומגנטיים (EM), מתאים לטמפרטורה של החומר. בהתבסס על ממצא זה, מדענים יכולים לקבוע טמפרטורת מדגם ברזולוציה של מיקרון מעוקב אחד על ידי מדידת עוצמת השדה שבה מתרחשת השפעה זו. חישת טמפרטורה היא חלק אינטגרלי ברוב התהליכים התעשייתיים, האלקטרוניים והכימיים, ולכן רזולוציה מרחבית גבוהה יותר עשויה להביא תועלת לעיסוקים מסחריים ומדעיים. הצוות מדווח על ממצאיהם בהתקדמות AIP.

ביהלומים, אטומי חנקן יכולים להחליף אטומי פחמן; כאשר זה קורה ליד משרות פנויות בסריג קריסטל, הוא מייצר תכונות קוונטי שימושי. משרות פנויות אלה יכולים להיות חיוב שלילי או ניטרלי. מרכזים פנויים טעונים שלילי הם גם photoluminescent לייצר זוהר לזיהוי כאשר נחשפים לאורכי גל מסוימים של האור. החוקרים יכולים להשתמש בשדה מגנטי כדי לתפעל את ספינים של האלקטרונים במשרות הפנויות, אשר משנה את עוצמת photoluminesencence.

צוות של חוקרים רוסים וגרמנים יצר מערכת שיכולה למדוד טמפרטורות ושדות מגנטיים בהחלטות קטנות מאוד. המדענים ייצרו גבישים של סיליקון קרביד עם משרות פנויות בדומה למרכזי ריקנות חנקן ביהלומים. לאחר מכן, הם חשפו את סיליקון קרביד לאור אינפרא אדום לייזר בנוכחות שדה מגנטי קבוע רשמה את photoluminescence וכתוצאה מכך.

שדות מגנטיים חזקים להקל על אלקטרונים אלה משרות פנויות להעביר בין מצבי ספין אנרגיה. בעוצמת שדה מסוימת, חלקם של האלקטרונים עם ספין 3/2 משתנה במהירות, בתהליך שנקרא antrossing. הבהירות של photoluminescence תלוי בשיעור האלקטרונים במצבים ספין שונים, כך החוקרים יכולים לאמוד את עוצמת השדה המגנטי על ידי ניטור השינוי בהירות.

בנוסף, הארה משתנה בבת אחת כאשר האלקטרונים במשרות הפנויות עוברים תהליכי הרפיה, תהליך שבו מערכת קוונטית נרגשת חולקת אנרגיה עם מערכת אחרת במצב הקרקע שלה, ומביאה את שניהם למצב ביניים. כוחו של השדה הדרוש כדי לעורר בין הרפיה קשור ישירות לטמפרטורת החומר. על ידי שינוי כוחו של השדה, והקלטת כאשר photoluminescence פתאום השתנה, המדענים יכולים לחשב את הטמפרטורה של האזור של הגביש הנחקר. הצוות הופתע לגלות כי השפעות הקוונטים נשאר אפילו בטמפרטורת החדר.

"מחקר זה מאפשר לנו ליצור חיישני טמפרטורה ושדות מגנטיים בהתקן אחד", אמר אנדריי אניסימוב, ממכון יופה-פיסיקלי-טכני של האקדמיה הרוסית למדעים ואחד ממחברי המאמר. יתר על כן, חיישנים יכול להיות ממוזער ל 100 ננומטר, אשר יאפשר את השימוש שלהם בתעשיית החלל, תצפיות גיאופיזיים ואפילו מערכות ביולוגיות. "בניגוד ליהלומים, סיליקון קרביד הוא כבר חומר מוליך למחצה זמין, דיודות טרנזיסטורים כבר עשו מזה", אמר אניסימוב.

menu
menu