octobre 5, 2022

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Micro-ondes Picotesla Mètre Magnétique Avec Capteurs De Diamant

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Le principe de base de la détection de covariance continue. (a) Niveaux d’énergie simplifiés pour les centres NV. Les états ∣ ± 1 peuvent être polarisés à l’état ∣0 à un taux de Γp. La micro-onde résonnante gère la transmission de spin ∣0〉 ↔ ∣1〉. (b) L’évolution du centre NV est entraînée par des micro-ondes de différentes quantités. Pour une forte micro-onde, l’état de spin présente une oscillation rapide entre 0〉 et 1 avec une fréquence de Ω proportionnelle à la taille de la micro-onde. Pour une micro-onde faible, l’oscillation se désintègre en une décroissance exponentielle à un taux proportionnel au carré de la taille de la micro-onde. (C et D) Comparaison de la détection directe et hétérogène. La compétition entre la polarisation induite par laser et la relaxation induite par les micro-ondes conduit à un état de spin équilibré. Pour la détection directe (C), une quantité constante de micro-ondes produit un signal de fluorescence CC. Pour détecter l’hétérogénéité (D), les interférences micro-ondes produisent une quantité variable dans le temps et donc un signal de fluorescence AC. lui attribue : progrès scientifique (2022). DOI : 10.1126 / sciadv.abq8158

Les capteurs de champ micro-ondes sont importants dans la pratique pour une variété d’applications dans l’astronomie et l’ingénierie des communications. Le centre de lacune d’azote dans le diamant permet une sensibilité magnétique, une stabilité et une compatibilité avec les conditions ambiantes. Malgré cela, les magnétomètres basés sur le centre d’azote vacant ont une sensibilité limitée dans la gamme des micro-ondes.


Dans un nouveau rapport maintenant publié dans progrès scientifiqueZeching Wang et une équipe de scientifiques de l’Université des sciences et technologies de Chine ont présenté un schéma de détection hétérochromatique continue pour améliorer la réponse du capteur aux micro-ondes faibles en l’absence de commandes de spin. Équipe A sensible 8,9 bits Hz-1/2 pour les micro-ondes via un ensemble de centres de lacunes d’azote dans une taille de capteur spécifiée. Les travaux pourraient bénéficier à des applications pratiques pour les capteurs micro-ondes à base de diamant.

Applications avancées du capteur micro-ondes

La sensibilité de la plupart des applications modernes allant de Communication sans fil à la résonance magnétique électronique et notes astronomiques Il peut être amélioré par les progrès des méthodes de détection en champ fin. Les chercheurs ont déjà développé une variété de capteurs quantiques au cours de la dernière décennie avec des capacités améliorées. Parmi eux, le centre de lacune d’azote est déterminé par ses propriétés uniques de détection sur puce, bien qu’il ait une sensibilité relativement faible. Les scientifiques peuvent utiliser des assemblages de lacunes d’azote pour améliorer considérablement la sensibilité du magnétomètre à diamant.

Dans ce travail, Wang et al ont proposé un schéma de détection d’hétérochromatographie continue pour améliorer la réponse du capteur aux champs micro-ondes faibles en introduisant une micro-onde auxiliaire douce et légèrement découplée. Le résultat a rendu le schéma applicable à des capteurs de diamant plus grands avec une sensibilité améliorée avec des avantages pratiques significatifs.

Expérimentation et amélioration de la sensibilité

L’électron de spin de l’azote a maintenu un triple état fondamental composé d’un état brillant et de deux états sombres dégénératifs qui pouvaient être soulevés par un champ magnétique externe. L’équipe a supprimé les impulsions de contrôle complexes pour des expériences sur une configuration simple. Tout en travaillant, ils ont utilisé un condensateur composé optique équivalent pour augmenter Efficacité de la collecte des voyages. Comme preuve de concept, les chercheurs ont envoyé un signal et des micro-ondes auxiliaires à partir d’une antenne annulaire de 5 mm de diamètre, et ont appliqué champ magnétique externe Perpendiculaire à la surface du diamant pour tous les centres NV ont Identique à Zeeman.

مقياس مغناطيسي بيكوتيسلا لمجالات الميكروويف مع أجهزة استشعار الماس

Au cours de l’expérience, l’équipe a d’abord appliqué une micro-onde résonnante à canal unique. Ensuite, ils ont appliqué un micro-onde supplémentaire et extrait la fréquence pour obtenir la différence entre les deux micro-ondes, ainsi qu’un signal Mise à l’échelle hétérogène. L’équipe de recherche a amélioré les performances du capteur en optimisant le signal àRapport de bruit. Étant donné que le laser maintient un fort bruit dans la gamme des basses fréquences, l’équipe a augmenté la fréquence de covariance pour éviter cet effet. Les chercheurs ont ensuite mesuré intuitivement la sensibilité du capteur et ont également pris en compte la précision de la fréquence ainsi que la bande passante de détection.

perspectives

De cette manière, Zeching Wang et ses collègues ont démontré la possibilité d’utiliser des centres d’azote vacants comme capteurs très sensibles pour la magnétométrie micro-ondes même en l’absence de commandes de spin. La méthode était basée sur l’absorption par résonance dans les micro-ondes, qui était facilitée par les centres de lacunes d’azote. Ils ont appliqué le schéma au pool vacant d’azote hôte d’un diamant pour obtenir un champ de micro-ondes détectable minimal. La simplicité du système permet de reproduire les mesures directement sur des capteurs plus grands pour améliorer la sensibilité. Par exemple, avec des diamants qui ont une taille similaire à une photodiode, la sensibilité peut être améliorée au niveau femtotesla. un plus azote La densité des lacunes a amélioré la sensibilité globale, bien que l’augmentation de l’état de relaxation et les problèmes d’échauffement du laser aient dû être équilibrés.

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bande passante et bande passante. (a) Dépendance de la largeur de la ligne sur le temps de mesure total. Les points bleus sont des résultats expérimentaux extraits des décalages de Lorentz des spectres de transformée de Fourier. La ligne rouge indique l’échelle 1/t. (b) Le concept intuitif d’extension de la bande passante. Le « mélangeur » ​​en diamant a une réponse à bande étroite à la micro-onde d’entrée, où la bande est concentrée à la fréquence micro-onde supplémentaire. Si nous chaînons plusieurs mélangeurs avec différents micro-ondes auxiliaires, la portée sera étendue en conséquence. (c) Mesures de bande passante. Toutes les combinaisons de mesures sont normalisées pour une meilleure comparaison de la bande passante. La bande passante étendue est constituée de la largeur de ligne ODMR. au, unités aléatoires. lui attribue : progrès scientifique (2022). DOI : 10.1126 / sciadv.abq8158

Le travail a un effet à long terme pour les applications pratiques des capteurs de diamant tels que four micro onde Récepteurs dans les radars pendant les communications radio et dans les radiotélescopes. La machine à diamant peut également fonctionner sous des conditions extrêmement haute température Ou une pression avec une puissance supplémentaire pour faciliter le développement d’un magnétomètre en diamant sur puce.


Affichage du gyroscope en diamant


Plus d’information:
Zhecheng Wang et al, Mesure magnétique des champs micro-ondes à l’aide de capteurs de diamant, progrès scientifique (2022). DOI : 10.1126 / sciadv.abq8158

Donggyu Kim et al, capteur quantique intégré à des centres d’inoccupation CMOS à base d’azote, électronique naturelle (2019). DOI : 10.1038 / s41928-019-0275-5

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la citation: Picotesla Microwave Field Magnetometry with Diamond Sensors (19 septembre 2022) Extrait le 19 septembre 2022 de https://phys.org/news/2022-09-picotesla-magnetometry-microwave-fields-diamond.html

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