Метод, помогающий повысить точность работы магнитных сенсоров на основе NV-центров в алмазе разработали специалисты Института нанотехнологий в микроэлектронике, спинтронике и фотонике Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), 4 октября сообщает пресс-служба вуза.

Исследование проводилось в рамках стратегического проекта «Радиофотоника и квантовая сенсорика».

Магнитометрия на основе так называемых NV-центров в алмазе в настоящее время является перспективным направлением. NV-центр (англ. nitrogen-vacancy center), иначе азото-замещенная вакансия в алмазе — это точечный дефект алмаза, образующийся из-за нарушения строения его кристаллической решетки, когда из узла решетки удаляется атом углерода, а образовавшаяся вакансия связывается с атомом азота.

Особенностью такого дефекта является то, что его свойства практически аналогичны свойствам атома, как если бы тот был «заморожен» в кристаллической решетке алмаза. Отсюда возникает возможность легко манипулировать электронными спинами такого центра светом; магнитным, электрическим и микроволновыми полями. Это делает такие «дефектные алмазы» основой для создания сенсоров, в том числе и сенсоров магнитного поля.

При этом, однако, необходимо учитывать влияние на NV-центры внутрикристаллического поля, которое в кристаллах алмаза может быть довольно сильным из-за дефектов кристаллической структуры, в противном случае это поле будет искажать показания сенсора.

Отсюда возникает проблема, как различать вклады магнитного и электрического полей при измерении магнитного поля. Ученые НИЯУ МИФИ для решения этой задачи предложили использовать при создании NV-центра другой изотоп азота или же заменить азот углеродом.

Так, если в кристаллической решетке алмаза вместо изотопа азота ¹⁴N в NV-центре использовать изотоп ¹⁵N или изотоп ¹³С, то согласно выполненным учеными МИФИ расчетам, такие гибридные квантовые системы позволяют разделять эффекты от внутрикристаллических полей и измеряемого магнитного поля, что позволит повысить чувствительность магнитометрии.