Дефекты алмазов превратили в атомные датчики

ETH Zurich/Jens Boss

Ученые из Калифорнийского университета и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли превратили атомные дефекты алмазов в датчики электрических и магнитных полей. Статья об этом была опубликована в журнале Science.

На атомарном уровне алмазы обязаны своей прочностью атомам углерода, связанным вместе в тетраэдрической кристаллической структуре. Но когда образуются алмазы, некоторые атомы углерода могут быть выброшены из своего узла. Когда примесь атома азота, захваченная в кристалле, сидит рядом с пустым участком, образуется специальный атомный дефект — азото-замещенная вакансия (NV).

В течение последнего десятилетия ученые использовали NV-центры в качестве крошечных датчиков для измерения магнетизма единичного белка, электрического поля от электрона и температуры внутри живой клетки. В новой работе ученые смогли измерить параметры кристаллической решетки алмаза. Для этого они спроектировали тонкий слой NV-центров внутри алмаза, чтобы понять, какие процессы происходят с материалом.

После создания слоя NV-датчиков исследователи протестировали их. Эти вакансии испускают яркий красный свет при возбуждении лазерным светом. Исследуя яркость этой флуоресценции, ученые смогли увидеть, как датчики реагируют на небольшие изменения в окружающей их среде.

Исследователи отметили, что датчики NV-центров могут переключаться в различные магнитные квантовые состояния при наличии магнитных флуктуаций, так же, как стрелка компаса вращается в разных направлениях, когда вы двигаете магнитом рядом с ней. Ученые также смогли использовать алмазы с NV-центрами для исследования свойств магнитных атомов. Для этого они допировали алмазы гадолинием и железом и следили за поведением вакансий азота. Выяснилось, что, определяя время, за которое NV-центры переключаются из одного магнитного состояния в другое, можно охарактеризовать магнитную фазу гадолиния, измеряя магнитный «шум», исходящий от движения электронов в гадолинии.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.