Tyrėjai atranda ryšį tarp magnetinio lauko stiprumo ir temperatūros

RYŠYS (2017) short film (Birželis 2019).

Anonim

Neseniai mokslininkai nustatė, kad magnetinio lauko stiprumas, reikalingas tam tikram kvantiniam mechaniniam procesui sukelti, pvz., Fotoliuminescencija ir gebėjimas kontroliuoti nugaros srovę elektromagnetiniais (EM) laukais, atitinka medžiagos temperatūrą. Remiantis šia išvada, mokslininkai gali nustatyti mėginio temperatūrą iki vienos kubinės mikrono skiriamosios gebos, nustatydami lauko jėgą, kuriam šis poveikis įvyksta. Temperatūros jutikliai yra neatskiriama daugumoje pramoninių, elektroninių ir cheminių procesų, todėl didesnė erdvinė rezoliucija galėtų būti naudinga komerciniams ir moksliniams tikslams. Komanda praneša apie savo išvadas " AIP Advances".

Deimantuose azoto atomai gali pakeisti anglies atomus; kai tai atsitinka šalia laisvų kristalų grotelių, jis sukuria naudingų kvantinių savybių. Šios laisvos darbo vietos gali turėti neigiamą arba neutralų mokestį. Neigiamai užpildyti laisvų darbo vietų centrai taip pat yra fotoliuminescenciniai ir sukelia tam tikrą šviesos bangos ilgį apšviestą švytėjimą. Tyrėjai gali naudoti magnetinį lauką manipuliuoti elektronų spinomis laisvose erdvėse, o tai keičia fotoliuminescencijos intensyvumą.

Rusijos ir Vokietijos mokslininkų komanda sukūrė sistemą, galinčią matuoti labai mažas skyros ir temperatūras bei magnetinius laukus. Mokslininkai sukūrė silicio karbido kristalus su laisvomis darbo vietomis, panašiais į deimantų azoto laisvosios erdvės centrus. Tada jie eksponavo silicio karbido į infraraudonųjų spindulių lazerio šviesą, esant pastoviam magnetiniam laukui, ir užfiksavo gautą fotoliuminescenciją.

Stipresni magnetiniai laukai palengvina šių laisvų darbo vietų elektronų perdavimą tarp energijos nugaros būsenų. Esant tam tikram lauko stipriui, elektronų, kurių nugarėlė 3/2, dalis greitai pasikeičia procese, pavadinimu anticrossing. Fotoliuminescencijos ryškumas priklauso nuo elektronų proporcijos įvairiuose nugaros taškuose, todėl tyrėjai galėjo įvertinti magnetinio lauko stiprumą stebėdami ryškumo pasikeitimą.

Be to, luminescencija staiga keičiasi, kai elektronai šiose laisvose darbo vietose kryžminio atsipalaidavimo procesą, kai viena sužadinta kvantinė sistema dalijasi energija su kita sistema, esančia jos pagrindinėje būsenoje, ir tiek tarpinei būsenai. Lauko stiprumas, reikalingas kryžminio atsipalaidavimo sukelti, yra tiesiogiai susietas su medžiagos temperatūra. Keičiant lauko stiprumą ir įrašant, kai fotoliuminescencija staiga pasikeitė, mokslininkai galėjo apskaičiuoti tiriamo kristalo regiono temperatūrą. Komanda nustebino, kad kvantinis poveikis išliko net kambario temperatūroje.

"Šis tyrimas leidžia mums sukurti temperatūros ir magnetinio lauko jutiklius viename įrenginyje", - sakė Andrejaus Anisimovas, Rusijos mokslų akademijos Fizikinių technikos instituto Ioffe ir vienas iš autorių. Be to, jutiklius galima sumažinti iki 100 nanometrų, kurie leistų juos naudoti kosmoso pramonėje, geofizinius stebėjimus ir netgi biologines sistemas. "Skirtingai nuo deimantų, silicio karbidas jau yra galimas puslaidininkių medžiagos, o iš to jau pagaminti diodai ir tranzistoriai", - sakė Anisimovas.

menu
menu