นักวิจัยค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างความแรงของสนามแม่เหล็กและอุณหภูมิ

Anonim

นักวิจัยเพิ่งค้นพบว่าความแรงของสนามแม่เหล็กต้องเกิดขึ้นในกระบวนการเชิงควอนตัมโดยเฉพาะอย่างเช่นการเรืองแสงและความสามารถในการควบคุมสถานะของสปินด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) สอดคล้องกับอุณหภูมิของวัสดุ จากการค้นพบนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดอุณหภูมิตัวอย่างได้ถึงความละเอียดหนึ่งไมครอนไมครอนโดยวัดความแรงของสนามที่เกิดผลกระทบนี้ การตรวจวัดอุณหภูมิถือเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการทางอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และเคมีส่วนใหญ่ดังนั้นความละเอียดเชิงพื้นที่จะเป็นประโยชน์ต่อการแสวงหาเชิงพาณิชย์และทางวิทยาศาสตร์ ทีมรายงานผลการวิจัยของพวกเขาใน AIP Advances

ในเพชรอะตอมไนโตรเจนสามารถแทนที่อะตอมของคาร์บอนได้ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นถัดจากตำแหน่งงานว่างในโครงตาข่ายผลึกจะให้สมบัติเชิงควอนตัมที่มีประโยชน์ ตำแหน่งงานว่างเหล่านี้อาจมีค่าใช้จ่ายเป็นลบหรือเป็นกลาง ศูนย์ข้อมูลว่างที่ถูกประจุลบยังมีการเรืองแสงและก่อให้เกิดเรืองแสงที่ตรวจพบได้เมื่อสัมผัสกับความยาวคลื่นบางส่วนของแสง นักวิจัยสามารถใช้สนามแม่เหล็กเพื่อควบคุมการหมุนของอิเล็กตรอนในช่องว่างซึ่งจะเปลี่ยนความเข้มของการเรืองแสง

ทีมนักวิจัยของรัสเซียและเยอรมันได้สร้างระบบที่สามารถวัดอุณหภูมิและสนามแม่เหล็กได้ด้วยความละเอียดที่น้อยมาก นักวิทยาศาสตร์ได้ผลิตคริสตัลของซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีตำแหน่งว่างเหมือนกับศูนย์ไนโตรเจน - ว่างในเพชร จากนั้นพวกเขาได้สัมผัสซิลิคอนคาร์ไบด์กับแสงเลเซอร์อินฟราเรดเมื่อมีสนามแม่เหล็กคงที่และบันทึกการเรืองแสงที่เป็นผล

สนามแม่เหล็กที่แรงขึ้นช่วยให้อิเล็กตรอนในตำแหน่งว่างเหล่านี้สามารถถ่ายโอนระหว่างสภาวะการหมุนของพลังงานได้ง่ายขึ้น สัดส่วนของอิเล็กตรอนกับ spin 3/2 เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในกระบวนการที่เรียกว่า anticrossing ความสว่างของ photoluminescence ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของอิเล็กตรอนในสภาวะหมุนต่างๆดังนั้นนักวิจัยจึงสามารถวัดความแรงของสนามแม่เหล็กโดยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความสว่าง

นอกจากนี้การเรืองแสงจะเปลี่ยนแปลงทันทีเมื่ออิเล็กตรอนในตำแหน่งว่างเหล่านี้ได้รับการผ่อนคลายข้ามซึ่งเป็นกระบวนการที่ระบบควอนตัมที่ตื่นเต้นกระตุ้นพลังงานให้กับระบบอื่นในสถานะพื้นดินโดยนำทั้งสองไปสู่สถานะระดับกลาง ความแข็งแรงของสนามที่จำเป็นในการเหนี่ยวนำให้เกิดการผ่อนคลายข้ามจะเชื่อมโยงโดยตรงกับอุณหภูมิของวัสดุ นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณอุณหภูมิของบริเวณคริสตัลที่อยู่ภายใต้การตรวจสอบได้โดยเปลี่ยนความแรงของสนามและบันทึกเมื่อการเปลี่ยนแปลง ทีมรู้สึกประหลาดใจที่ค้นพบว่าผลควอนตัมยังคงอยู่ที่อุณหภูมิห้อง

Andrey Anisimov จาก Ioffe Physical-Technical Institute จาก Russian Academy of Sciences กล่าวว่า "การศึกษานี้ช่วยให้เราสามารถสร้างเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและสนามแม่เหล็กในอุปกรณ์ชิ้นเดียวได้และเป็นหนึ่งในผู้เขียนบทความนี้ นอกจากนี้เซ็นเซอร์สามารถถูกย่อขนาดให้เป็น 100 นาโนเมตรซึ่งจะช่วยให้สามารถใช้งานได้ในอุตสาหกรรมอวกาศการสังเกตธรณีฟิสิกส์และแม้แต่ระบบชีวภาพ "ตรงกันข้ามกับเพชรซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่พร้อมใช้งานแล้วและมีไดโอดและทรานซิสเตอร์อยู่แล้ว" Anisimov กล่าว

menu
menu