Araştırmacılar manyetik alan kuvveti ve sıcaklık arasındaki bağlantıyı keşfediyor
Araştırmacılar yakın zamanda, fotolüminesans ve elektromanyetik (EM) alanlarla spin durumlarını kontrol etme yeteneği gibi belirli bir kuantum mekanik süreci ortaya çıkarmak için gerekli olan manyetik alanın mukavemetinin malzemenin sıcaklığına karşılık geldiğini keşfettiler. Bu bulguya dayanarak, bilim adamları, bu etkinin meydana geldiği alan kuvvetini ölçerek bir numunenin sıcaklığını bir kübik mikronun çözünürlüğüne göre belirleyebilirler. Sıcaklık algılama çoğu endüstriyel, elektronik ve kimyasal işlemlerde ayrılmazdır, dolayısıyla daha fazla mekansal çözünürlük ticari ve bilimsel arayışlara fayda sağlayabilir. Ekip bulgularını AIP Advances'te rapor ediyor.
Elmaslarda, nitrojen atomları karbon atomlarının yerini alabilir; Bu, kristal kafesindeki boşlukların yanında meydana geldiğinde, yararlı kuantum özellikler üretir. Bu boş pozisyonlar negatif veya nötr bir şarja sahip olabilir. Negatif olarak doldurulmuş boşluk merkezleri aynı zamanda ışıldayan ışıklardır ve belirli dalga boylarına maruz kaldıklarında algılanabilir bir parlaklık üretirler. Araştırmacılar fotolüminesansın yoğunluğunu değiştiren boşluklardaki elektronların dönüşlerini manipüle etmek için bir manyetik alan kullanabilirler.
Rus ve Alman araştırmacılardan oluşan bir ekip, sıcaklıkları ve manyetik alanları çok küçük çözünürlüklerde ölçebilen bir sistem oluşturdu. Bilim adamları, elmaslardaki azot dolum merkezlerine benzeyen boşluklarla silisyum karbür kristalleri üretti. Daha sonra, silisyum karbürü sabit bir manyetik alanın varlığında kızılötesi lazer ışığına maruz bıraktılar ve sonuçta oluşan fotolüminesansı kaydettiler.
Daha güçlü manyetik alanlar, bu boşluklardaki elektronların enerji dönüşü durumları arasında aktarımını kolaylaştırır. Belirli bir alan kuvvetinde, 3/2 spinli elektronların oranı hızlı bir şekilde anticrossing olarak adlandırılan bir işlemde değişir. Fotolüminesansın parlaklığı, çeşitli spin durumlarındaki elektronların oranına bağlıdır, bu yüzden araştırmacılar, parlaklıktaki değişimi izleyerek manyetik alanın gücünü ölçebilir.
Buna ek olarak, bu boşluklardaki elektronlar çapraz gevşemeye maruz kaldıklarında, aniden kuantum sisteminin, kendi toprak durumundaki başka bir sistemle enerjiyi paylaştığı ve her ikisini de bir ara duruma getirdiği bir süreç değişir. Çapraz gevşemeyi indüklemek için gereken alanın mukavemeti doğrudan malzemenin sıcaklığına bağlıdır. Alanın gücünü değiştirerek ve fotolüminesans aniden değiştiğinde kayıt yapan bilim adamları, soruşturma altındaki kristal bölgenin sıcaklığını hesaplayabilirler. Takım kuantum etkilerinin oda sıcaklığında bile kaldığını keşfetmeye şaşırdı.
Rusya Bilimler Akademisi Ioffe Fizik Teknik Enstitüsü'nden ve gazetenin yazarlarından biri olan "Bu çalışma, bir cihazda sıcaklık ve manyetik alan sensörleri oluşturmamızı sağlıyor" dedi. Dahası, sensörler, uzay endüstrisinde, jeofizik gözlemlerde ve hatta biyolojik sistemlerde kullanılmalarını sağlayacak 100 nanometreye minyatür hale getirilebilir. Anisimov, "Elmasın aksine, silisyum karbür zaten mevcut bir yarı iletken malzemedir ve diyotlar ve transistörler zaten ondan yapılmıştır." Dedi.