Los investigadores descubrieron recientemente que la fuerza del campo magnético requerido para provocar un proceso mecánico cuántico particular, como la fotoluminiscencia y la capacidad de controlar estados de espín con campos electromagnéticos EM, corresponde a la temperatura del material., los científicos pueden determinar la temperatura de una muestra a una resolución de un micrón cúbico midiendo la intensidad de campo a la que se produce este efecto. La detección de temperatura es integral en la mayoría de los procesos industriales, electrónicos y químicos, por lo que una mayor resolución espacial podría beneficiar las actividades comerciales y científicas.el equipo informa sus hallazgos en Avances AIP , de AIP Publishing.
En los diamantes, los átomos de nitrógeno pueden reemplazar a los átomos de carbono; cuando esto ocurre junto a las vacantes en la red cristalina, produce propiedades cuánticas útiles. Estas vacantes pueden tener una carga negativa o neutra. Los centros de vacantes cargados negativamente también son fotoluminiscentes y producen una capacidad detectablebrillan cuando se exponen a ciertas longitudes de onda de luz. Los investigadores pueden usar un campo magnético para manipular los espines de los electrones en las vacantes, lo que altera la intensidad de la fotoluminiscencia.
Un equipo de investigadores rusos y alemanes creó un sistema que puede medir temperaturas y campos magnéticos a resoluciones muy pequeñas. Los científicos produjeron cristales de carburo de silicio con vacantes similares a los centros de vacantes de nitrógeno en los diamantes. Luego, expusieron el carburo de silicioa la luz láser infrarroja en presencia de un campo magnético constante y registró la fotoluminiscencia resultante.
Los campos magnéticos más fuertes facilitan la transferencia de electrones en estas vacantes entre estados de espín de energía. En una intensidad de campo específica, la proporción de electrones con espín 3/2 cambia rápidamente, en un proceso llamado anticruzamiento. El brillo de la fotoluminiscencia dependeen la proporción de electrones en varios estados de espín, para que los investigadores puedan medir la fuerza del campo magnético al monitorear el cambio en el brillo.
Además, la luminiscencia cambia abruptamente cuando los electrones en estas vacantes experimentan relajación cruzada, un proceso donde un sistema cuántico excitado comparte energía con otro sistema en su estado fundamental, llevando ambos a un estado intermedio. La fuerza del campo necesaria para inducirla relajación cruzada está directamente relacionada con la temperatura del material. Al variar la intensidad del campo y registrar cuándo la fotoluminiscencia cambió repentinamente, los científicos pudieron calcular la temperatura de la región del cristal bajo investigación. El equipo se sorprendió al descubrir quelos efectos cuánticos se mantuvieron incluso a temperatura ambiente.
"Este estudio nos permite crear sensores de temperatura y campo magnético en un dispositivo", dijo Andrey Anisimov, del Instituto Físico-Técnico Ioffe de la Academia de Ciencias de Rusia y uno de los autores del artículo. Además, los sensores pueden serminiaturizado a 100 nanómetros, lo que permitiría su uso en la industria espacial, observaciones geofísicas e incluso sistemas biológicos. "A diferencia del diamante, el carburo de silicio ya es un material semiconductor disponible, y los diodos y transistores ya están hechos de él", dijo Anisimov..
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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