Крошечный кристалл измеряет температуру и магнитное поле одновременно ⚡ экспресс
Одновременное наноразмерное измерение температуры и магнитного поля востребовано во многих научных и технологических областях. Однако кросс-чувствительность к различным физическим величинам затрудняет использование одного сенсора для множественных параметров. В работе демонстрируется независимое двойное сенсирование температуры и магнитного поля с помощью одиночных квантовых излучателей в гексагональном нитриде бора (hBN). Экспериментально подтверждена независимость отклика положения бесфононной линии (ZPL) на температуру и оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) на магнитное поле. Проведено локальное измерение температуры микроцепи с одновременным контролем внешнего магнитного поля. Результаты утверждают квантовые излучатели в hBN как надёжную платформу для многофункционального квантового сенсинга в реалистичных условиях.
Крошечный дефект в кристалле нитрида бора ведёт себя как миниатюрная лампочка-индикатор. При освещении он светится, и оттенок этого света зависит от температуры: чем теплее, тем краснее. Одновременно, если облучать дефект микроволнами, его яркость начинает мерцать в такт внешнему магнитному полю. Причина — в спине электрона, квантовом аналоге волчка, меняющем вращение под действием магнетизма. Так один точечный источник независимо сообщает о тепле (через цвет) и магнитном поле (через пульсации). Метод восходит к работам Раби по магнитному резонансу, а современные лазеры, изобретённые при участии Таунса, позволили изучать одиночные дефекты.
Оказалось, такой сенсор настолько мал, что его можно поместить на кончик оптоволокна — получится датчик толщиной с волос, способный заглянуть вглубь работающего микрочипа или внутрь живой клетки. В отличие от аналогичных устройств на основе углерода (алмазов), нитрид бора дёшев и прост в обработке. Технология открывает путь к доступным многофункциональным приборам, где спектроскопия и фотометрия сочетаются с анализом магнетизма.
🎯 Одиночные дефекты в нитриде бора можно закрепить на торце оптоволокна — получается термометр-магнитометр толщиной с человеческий волос.
🎬 Такой датчик — почти трикодер из «Звёздного пути»: крошечное устройство, одновременно измеряющее температуру и магнитное поле.