Физик Андрей Ярмола вместе с коллегами из США и Германии продемонстрировал датчик вращения на основе ядерных спинов азота-14. Об этом рассказывается в работе, опубликованной в журнале Science Advances.
В исследовании физиков говорится о центрах окраски в алмазе — точечных дефектах в прозрачных диэлектриках (кристаллах и стёклах), поглощающих оптическое излучение вне области собственного поглощения.
Центры окраски вакансий азота образованы примесями азота, которые находятся рядом с отсутствующим углеродом в алмазе. Датчик использует оптическую поляризацию и считывание ядер, а также протокол двухквантового радиочастотного импульса для отслеживания прецессии ядерных спинов у азота-14.
Напомним, что датчики вращения или гироскопы обычно используются для навигации, в том числе в автомобилях. В коммерческом плане сегодня активно применяют механические гироскопы и микроэлектромеханические системы, новые методы также включают гироскопы ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Эти датчики могут превзойти коммерческие устройства в течение следующего десятилетия из-за своей точности, надежности и миниатюризации.
Гироскопы с ядерным спином основаны на центрах окраски азот-вакансия (NV) в алмазе и являются аналогами устройств ЯМР на основе паров, способных работать в более широком диапазоне условий окружающей среды. Алмазный датчик может функционировать как мультисенсор, сообщающий о магнитном поле, температуре и деформации, одновременно выступая в качестве эталона частоты. Ярмола с коллегами показал, как алмазный ЯМР-гироскоп напрямую предоставляет информацию о ядерных спиновых состояниях, не требуя точного знания частот спиновых переходов, которые подвержены влиянию окружающей среды. В дальнейшем, благодаря улучшениям, команда ученых намерена создать такое устройство, которое можно будет практически применять для навигации.
В экспериментальной установке команда установила алмазный датчик, зеленый диодный лазер, фотодетектор, а также все оптические компоненты, на вращающейся платформе, регулируемой с помощью специализированной системы. Алмаз поддерживал монокристаллическую пластину толщиной 400 мкм с концентрацией вакансий азота 4 млн-1.
Ученые создавали смещенное магнитное поле с помощью двух самариево-кобальтовых кольцевых магнитов с температурной компенсацией, а также использовали асферическую конденсорную линзу, чтобы осветить алмаз диаметром 50 мкм зеленым лазерным светом мощностью 80 мВт для сбора флуоресценции азотных вакансий. Ученые спектрально отфильтровали флуоресценцию с помощью полосового фильтра и фокусировали его на один из каналов сбалансированного фотоприемника. Затем подавали радиочастотные импульсы для управления ядерным спином с помощью медной проволоки диаметром 160 мкм, помещенной на поверхность алмаза рядом с оптическим фокусом. Чтобы предотвратить окружающие шумы магнитного поля, команда разместила установку, включая алмаз и магниты, внутри магнитных экранов из низкоуглеродистой стали.
Читать далее:
Огромную «черную дыру» нашли посреди Тихого океана. В сети гадают, что это
На Марсе снова обнаружили крупные запасы органики. Ученые ищут следы жизни
Дайверы нашли сокровища легендарного «Острова золота». Артефакты стоят миллионы долларов