بلورة متناهية الصغر تقيس الحرارة والمجال المغناطيسي في نفس الوقت ⚡ экспресс
يزداد الطلب على القياس النانوي المتزامن لدرجة الحرارة والمجال المغناطيسي في العديد من المجالات العلمية والتكنولوجية. ومع ذلك، فإن الحساسية المتقاطعة لمختلف الكميات الفيزيائية تجعل استخدام مستشعر واحد لعدة عوامل أمراً صعباً. في هذا العمل، نعرض استشعاراً مزدوجاً مستقلاً لدرجة الحرارة والمجال المغناطيسي باستخدام باعثات كمومية مفردة في نتريد البورون السداسي (hBN). وقد تم تأكيد استقلالية استجابة موضع خط الفونون الصفري (ZPL) لدرجة الحرارة واستجابة الرنين المغناطيسي المكتشف بصرياً (ODMR) للمجال المغناطيسي تجريبياً. تم إجراء قياس موضعي لدرجة حرارة شريحة ميكروية مع مراقبة آنية للمجال المغناطيسي الخارجي. وتؤكد النتائج أن الباعثات الكمومية في hBN تشكل منصة موثوقة للاستشعار الكمومي متعدد الوظائف في ظروف واقعية.
يتصرف عيب صغير جدًا في بلورة نتريد البورون كأنه مصباح مؤشر صغير. عند تسليط الضوء عليه، ينبعث منه ضوء، ويعتمد لون هذا الضوء على درجة الحرارة: فكلما زادت الحرارة، أصبح اللون أكثر احمرارًا. وفي الوقت نفسه، إذا تم تعريض العيب للموجات الدقيقة، يبدأ سطوعه في الوميض بنفس إيقاع المجال المغناطيسي الخارجي. السبب هو دوران الإلكترون، وهو التناظر الكمومي للنحلة (الدوامة) التي تغير دورانها تحت تأثير المغناطيسية. وهكذا فإن مصدرًا نقطيًا واحدًا يبلغ عن الحرارة (من خلال اللون) وعن المجال المغناطيسي (من خلال النبضات) بشكل مستقل. يعود هذا الأسلوب إلى أعمال رابي حول الرنين المغناطيسي، بينما أتاحت الليزرات الحديثة، التي اخترعت بمشاركة تاونز، دراسة العيوب المفردة.
تبين أن هذا المستشعر صغير جدًا لدرجة أنه يمكن وضعه على طرف ليف بصري، فنحصل على جهاز استشعار بسمك الشعرة، قادر على النظر إلى أعماق رقاقة إلكترونية دقيقة تعمل أو داخل خلية حية. وبخلاف الأجهزة المماثلة القائمة على الكربون (الألماس)، فإن نتريد البورون رخيص وسهل المعالجة. تفتح هذه التقنية الطريق أمام أجهزة متعددة الوظائف ميسورة التكلفة، حيث يجتمع فيها التحليل الطيفي والقياس الضوئي مع تحليل المغناطيسية.
🎯 يمكن تثبيت عيوب مفردة في نتريد البورون على طرف ليف بصري، فنحصل على مقياس حرارة ومغناطيسية بسمك شعرة الإنسان.
🎬 هذا المستشعر هو تقريبًا مثل جهاز التريكوردر من سلسلة 'ستار تريك': جهاز متناهي الصغر يقيس درجة الحرارة والمجال المغناطيسي في آن واحد.