RU2830140C9 - Optical vector magnetometer - Google Patents
Optical vector magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2830140C9 RU2830140C9 RU2024115240A RU2024115240A RU2830140C9 RU 2830140 C9 RU2830140 C9 RU 2830140C9 RU 2024115240 A RU2024115240 A RU 2024115240A RU 2024115240 A RU2024115240 A RU 2024115240A RU 2830140 C9 RU2830140 C9 RU 2830140C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active material
- spin
- magnetic field
- output
- crystal
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области разработки материалов на основе карбида кремния для магнитометрии, квантовой оптики, биомедицины, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.The invention relates to nanotechnology and can be used in the field of developing materials based on silicon carbide for magnetometry, quantum optics, biomedicine, as well as in information technologies based on the quantum properties of spins and single photons.
Обнаружение слабых магнитных полей с высоким пространственным разрешением на уровне микро- и нанометров является важной проблемой в различных областях, начиная от фундаментальной физики и материаловедения до хранения данных и биомедицинской науки. Датчик, способный обнаружить слабые магнитные поля с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением, найдет широкие приложения, вплоть до обнаружения сигналов магнитного резонанса от отдельного электронного или ядерного спинов в сложных биологических молекулах до считывания классических или квантовых битов информации, закодированной в электронной или ядерной спиновой памяти. Особую роль в магнитометрии играют оптические магнитометры.Detection of weak magnetic fields with high spatial resolution at the micro- and nanometer level is an important problem in various fields, ranging from fundamental physics and materials science to data storage and biomedical science. A sensor capable of detecting weak magnetic fields with submicron and nanometer spatial resolution will find wide applications, from detecting magnetic resonance signals from individual electron or nuclear spins in complex biological molecules to reading classical or quantum bits of information encoded in electron or nuclear spin memory. Optical magnetometers play a special role in magnetometry.
Известен оптический магнитометр (см. US 8547090, МПК G01R 33/02, опубл. 01.10.2013), основанный на электронных спинах в твердотельной среде, таких как дефекты в кристаллах и полупроводниках, который использует отдельные электронные спины или электронные спиновые системы. Оптический магнитометр включает генератор радиочастотного (РЧ) излучения, с системой создания импульсных последовательностей РЧ излучения, оптическую систему для сбора и передачи фотонов оптического излучения, активный материал в виде кристалла алмаза, включающего один или несколько азотно-вакансионных центров (NV-центров), имеющих один или несколько электронных спинов, источник оптического излучения, например, лазер и детектор. При высоких спиновых плотностях, необходимы способы и системы для развязки электронных спинов друг от друга и от локальной среды. В магнитометре электронные спины контролируют путем применения к электронным спинам последовательности сверхвысокочастотных (СВЧ) импульсов, которые позволяют динамически уменьшить спин-спиновые взаимодействия и взаимодействия с решеткой.An optical magnetometer is known (see US 8547090, IPC G01R 33/02, published 01.10.2013), based on electron spins in a solid-state medium, such as defects in crystals and semiconductors, which uses individual electron spins or electron spin systems. The optical magnetometer includes a radio frequency (RF) radiation generator, with a system for creating pulse sequences of RF radiation, an optical system for collecting and transmitting photons of optical radiation, an active material in the form of a diamond crystal including one or more nitrogen-vacancy centers (NV centers) having one or more electron spins, a source of optical radiation, for example, a laser, and a detector. At high spin densities, methods and systems are needed for decoupling electron spins from each other and from the local medium. In the magnetometer, electron spins are controlled by applying a sequence of microwave pulses to the electron spins, which allows spin-spin interactions and interactions with the lattice to be dynamically reduced.
Недостатками известного оптического магнитометра является использование алмазов с NV-центрами в качестве активного материала магнитометра, технология получения которого чрезвычайно дорогостоящая и относительно слабо развита. Кроме того, используют оптический диапазон в видимой области, который плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. Также необходимо использовать сложные импульсные последовательности РЧ излучения, которое усложняет конструкцию, создает дополнительные шумы, а также приводит к нагреванию объекта исследования. Расщепление тонкой структуры NV-центров сильно зависит от окружающей температуры, поэтому необходимы дополнительные устройства для погашения нежелательных температурных воздействий.The disadvantages of the known optical magnetometer are the use of diamonds with NV centers as the active material of the magnetometer, the technology for obtaining which is extremely expensive and relatively poorly developed. In addition, they use the optical range in the visible region, which is poorly compatible with silicon-based fiber optics, as well as with the transparency band of biological systems. It is also necessary to use complex pulse sequences of RF radiation, which complicates the design, creates additional noise, and also leads to heating of the object of study. The splitting of the fine structure of NV centers is highly dependent on the ambient temperature, so additional devices are needed to suppress unwanted temperature effects.
Известен оптический магнитометр на NV-центрах в алмазе (см. US 8947080, МПК G01R 33/02; G01R 33/00; G01V 3/08, опубл. 03.02.2015), который включает генератор СВЧ излучения, лазер 532 нм, фокусирующую оптическую систему в виде системы линз, зеркал и фильтров, систему регистрации в виде лавинного фотодиода, активный материал в виде кристалла алмаза с высокой плотностью NV-центров для измерения магнитных полей, создаваемых протяженными или удаленными объектами. Измерения магнитного поля производят методом оптического детектирования магнитного резонанса (ОДМР) по интенсивности люминесценции излучаемой NV-центрами. Магнитное поле определяют путем измерения частоты магнитного резонанса, которая зависит от зеемановского сдвига спиновых уровней в магнитном поле.An optical magnetometer on NV centers in diamond is known (see US 8947080, IPC G01R 33/02; G01R 33/00; G01V 3/08, published 03.02.2015), which includes a microwave radiation generator, a 532 nm laser, a focusing optical system in the form of a system of lenses, mirrors and filters, a recording system in the form of an avalanche photodiode, an active material in the form of a diamond crystal with a high density of NV centers for measuring magnetic fields created by extended or remote objects. Magnetic field measurements are made by the optical detection of magnetic resonance (ODMR) method based on the intensity of luminescence emitted by NV centers. The magnetic field is determined by measuring the magnetic resonance frequency, which depends on the Zeeman shift of spin levels in a magnetic field.
Недостатками известного оптического магнитометра является использование алмазов с NV-центрами в качестве активного материала магнитометра, технология получения которого чрезвычайно дорогостоящая и относительно слабо развита. Кроме того, используют оптический диапазон в видимой области, который плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. Также необходимо использовать РЧ излучение, которое усложняет конструкцию, создает дополнительные шумы, а также приводит к нагреванию объекта исследования. Расщепление тонкой структуры NV-центров сильно зависит от окружающей температуры, поэтому необходимы дополнительные устройства для погашения нежелательных температурных воздействий.The disadvantages of the known optical magnetometer are the use of diamonds with NV centers as the active material of the magnetometer, the technology for obtaining which is extremely expensive and relatively poorly developed. In addition, they use the optical range in the visible region, which is poorly compatible with silicon-based fiber optics, as well as with the transparency band of biological systems. It is also necessary to use RF radiation, which complicates the design, creates additional noise, and also leads to heating of the object of study. The splitting of the fine structure of NV centers is highly dependent on the ambient temperature, so additional devices are needed to suppress unwanted temperature effects.
Известен оптический магнитометр (см. ЕР 3816645, МПК G01R 33/032, G01R 33/26, G01R 33/00, опубл. 05.05.2021), представляющий собой устройство в виде датчика магнитного изображения, сконфигурированного для сбора данных векторной магнитометрии, содержащее: лазер накачки, предназначенный для возбуждения NV-центров в кристалле алмаза; фильтр, выполненный с возможностью фильтрации красного света, вызванного возбуждением, до датчика изображения, тем самым, создавая сигнал фотолюминесценции, при этом фильтр установлен между кристаллом алмаза и датчиком изображения; радиочастотную катушку, выполненную с возможностью подачи радиочастотного излучения на кристалл алмаза; магнит, для расщепления энергетических уровней NV-центров; компьютерная программа для определения локального векторного магнитного поля путем измерения частоты радиочастотного излучения, при которой интенсивность сигнала фотолюминесценции NV-центров изменяется.An optical magnetometer is known (see EP 3816645, IPC G01R 33/032, G01R 33/26, G01R 33/00, published on 05.05.2021), which is a device in the form of a magnetic image sensor configured to collect vector magnetometry data, comprising: a pump laser designed to excite NV centers in a diamond crystal; a filter configured to filter the red light caused by the excitation to the image sensor, thereby creating a photoluminescence signal, wherein the filter is installed between the diamond crystal and the image sensor; a radio frequency coil configured to supply radio frequency radiation to the diamond crystal; a magnet for splitting the energy levels of NV centers; a computer program for determining the local vector magnetic field by measuring the frequency of the radio frequency radiation at which the intensity of the photoluminescence signal of the NV centers changes.
Недостатками известного оптического магнитометра-прототипа является использование алмазов с NV-центрами в качестве активного материала магнитометра, технология получения которого чрезвычайно дорогостоящая и относительно слабо развита. Кроме того, используют оптический диапазон в видимой области, который плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. Также необходимо использовать радиочастотное излучение, которое усложняет конструкцию, создает дополнительные шумы, а также приводит к нагреванию объекта исследования. Расщепление тонкой структуры NV-центров сильно зависит от окружающей температуры, поэтому необходимы дополнительные устройства для погашения нежелательных температурных воздействий. Для векторной магнитометрии необходимо использовать ансамбль NV-центров, достаточно большой, в котором NV-центры статистически равномерно распределены по четырем кубическим направлениям <111>, поэтому исключается использование как одиночных, так и малых ансамблей NV центров.The disadvantages of the known prototype optical magnetometer are the use of diamonds with NV centers as the active material of the magnetometer, the technology for producing which is extremely expensive and relatively poorly developed. In addition, they use the optical range in the visible region, which is poorly compatible with silicon-based fiber optics, as well as with the transparency band of biological systems. It is also necessary to use radio frequency radiation, which complicates the design, creates additional noise, and also leads to heating of the object of study. The splitting of the fine structure of NV centers is highly dependent on the ambient temperature, so additional devices are needed to suppress unwanted temperature effects. For vector magnetometry, it is necessary to use an ensemble of NV centers, large enough, in which the NV centers are statistically uniformly distributed over four cubic directions <111>, so the use of both single and small ensembles of NV centers is excluded.
Известен оптический магнитометр (см. RU 2607840, МПК G01R 33/12, G01N 24/00, B82Y 35/00, опубл. 20.01.2017), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Оптический магнитометр-прототип включает генератор низкой частоты (НЧ), конденсатор, по меньшей мере, одну катушку электромагнита, активный материал виде кристалла карбида кремния, помещенного на столик конфокального микроскопа, содержащий, по меньшей мере, один спиновый центр на основе вакансии кремния с основным квадруплетным состоянием, помещенный внутрь катушки, источник постоянного тока, синхронный детектор, блок управления, лазер, излучающий в ближней инфракрасной области, оптически связанный с активным материалом через полупрозрачное зеркало, зеркало и объектив, фотоприемник, оптически соединенный с активным материалом через объектив, зеркало, полупрозрачное зеркало и светофильтр. Первый выход генератора НЧ через конденсатор соединен с катушкой электромагнита, к которой подключен также выход источника постоянного тока, второй выход генератора НЧ соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход синхронного детектора подключен к выходу фотоприемника, выход синхронного детектора соединен с входом блока управления, выход которого подключен к входу источника постоянного тока, а первый выход источника постоянного тока соединен с катушкой электромагнита. Основным достоинством магнитометра является отсутствие радиочастотного излучения.An optical magnetometer is known (see RU 2607840, IPC G01R 33/12, G01N 24/00, B82Y 35/00, published on 20.01.2017), coinciding with the present decision in terms of the greatest number of essential features and adopted as a prototype. The prototype optical magnetometer includes a low-frequency (LF) generator, a capacitor, at least one electromagnet coil, an active material in the form of a silicon carbide crystal placed on the stage of a confocal microscope, containing at least one spin center based on a silicon vacancy with a ground quadruplet state, placed inside the coil, a DC source, a synchronous detector, a control unit, a laser emitting in the near infrared region, optically coupled to the active material via a semitransparent mirror, a mirror and an objective, a photodetector optically coupled to the active material via a objective, a mirror, a semitransparent mirror and a light filter. The first output of the LF generator is connected via a capacitor to the coil of the electromagnet, to which the output of the DC source is also connected, the second output of the LF generator is connected to the first input of the synchronous detector, the second input of the synchronous detector is connected to the output of the photodetector, the output of the synchronous detector is connected to the input of the control unit, the output of which is connected to the input of the DC source, and the first output of the DC source is connected to the coil of the electromagnet. The main advantage of the magnetometer is the absence of radio frequency radiation.
Недостатком известного оптического магнитометра-прототипа является возможность измерения только одной компоненты магнитного поля вдоль направления квазистационарного магнитного поля В0.A disadvantage of the known prototype optical magnetometer is the ability to measure only one component of the magnetic field along the direction of the quasi-stationary magnetic field B 0 .
Задачей настоящего изобретения является разработка оптического векторного магнитометра, который бы был более простым и дешевым в изготовлении с отработанной технологией производства устройства, не требовал бы приложения радиочастотного излучения, использовался оптический диапазон совместимый с волоконной оптикой и полосой прозрачности биологических объектов, позволял бы использовать как одиночные спиновые центры, так и малые ансамбли спиновых центров для векторного измерения магнитных полей.The objective of the present invention is to develop an optical vector magnetometer that would be simpler and cheaper to manufacture with a proven technology for manufacturing the device, would not require the use of radio frequency radiation, would use an optical range compatible with fiber optics and the transparency band of biological objects, would allow the use of both single spin centers and small ensembles of spin centers for vector measurement of magnetic fields.
Поставленная задача решается тем, что оптический векторный магнитометр включает генератор низкой частоты, конденсатор, катушку электромагнита, активный материал в виде кристалла карбида кремния, содержащий по меньшей мере один спиновый центр на основе вакансии кремния с основным состоянием, помещенный внутрь катушки; источник постоянного тока, синхронный детектор, блок управления, лазер, излучающий в ближней инфракрасной области, оптически связанный с активным материалом через полупрозрачное зеркало и объектив, фотоприемник, оптически соединенный с активным материалом через объектив, полупрозрачное зеркало и светофильтр, при этом первый выход генератора низкой частоты соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого подключен к выходу фотоприемника, выход синхронного детектора соединен с входом блока управления, выход которого подключен к входу источника постоянного тока, а первый выход источника постоянного тока соединен с катушкой электромагнита. Новым является то, что активный материал содержит спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, вокруг активного материала установлены три катушки Гельмгольца с взаимно перпендикулярными осями, соединенные соответственно с вторым, третьим и четвертым выходами источника постоянного тока, а второй выход генератора низкой частоты через конденсатор подключен к катушке Гельмгольца, ось которой совпадает с осью с кристалла.The stated problem is solved in that the optical vector magnetometer includes a low-frequency generator, a capacitor, an electromagnet coil, an active material in the form of a silicon carbide crystal containing at least one spin center based on a silicon vacancy with a ground state, placed inside the coil; a direct current source, a synchronous detector, a control unit, a laser emitting in the near infrared region, optically connected to the active material through a semi-transparent mirror and an objective, a photodetector optically connected to the active material through an objective, a semi-transparent mirror and a light filter, wherein the first output of the low-frequency generator is connected to the first input of the synchronous detector, the second input of which is connected to the output of the photodetector, the output of the synchronous detector is connected to the input of the control unit, the output of which is connected to the input of the direct current source, and the first output of the direct current source is connected to the electromagnet coil. What is new is that the active material contains spin centers with a ground quadruplet spin state, three Helmholtz coils with mutually perpendicular axes are installed around the active material, connected respectively to the second, third and fourth outputs of the DC source, and the second output of the low-frequency generator is connected through a capacitor to the Helmholtz coil, the axis of which coincides with the axis c of the crystal.
Активный материал может быть выполнен в виде кристалла карбида кремния гексагонального политипа 4H-SiC, содержащий, по меньшей мере, один спиновый центр на основе вакансии кремния с основным квадруплетным состоянием.The active material can be made in the form of a crystal of silicon carbide of the hexagonal polytype 4H-SiC, containing at least one spin center based on a silicon vacancy with a ground quadruplet state.
Активный материал может быть выполнен в виде пластины кристалла карбида кремния, при этом плоскость пластины перпендикулярна оси с кристалла.The active material can be made in the form of a plate of silicon carbide crystal, with the plane of the plate being perpendicular to the axis c of the crystal.
Активный материал может быть размещен на сканирующем столике конфокального микроскопа с пьезоэлементом, способным осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях.The active material can be placed on the scanning stage of a confocal microscope with a piezoelectric element capable of reciprocating movement in three mutually perpendicular directions.
Активный материал может быть размещен на сканирующем столике микроскопа ближнего поля.The active material can be placed on the scanning stage of a near-field microscope.
Недавно были обнаружены вакансионные спиновые центры в карбиде кремния (SiC) со свойствами аналогичными NV-центрам в алмазе (спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием). Наличие физического эффекта оптического выстраивания спинов таких спиновых центров при облучении кристалла карбида кремния ближним инфракрасным (ИК) светом при комнатной температуре позволяет оптически регистрировать магнитный резонанс в основном состоянии таких спиновых центров при комнатной температуре вплоть до регистрации магнитного резонанса на одиночных спиновых центрах. Оси ансамбля спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния ориентированы вдоль гексагональной кристаллографической оси с, в отличие от ансамбля NV-центров в алмазе, в котором оси NV-центров ориентированы вдоль одной из четырех <111> кристаллографических осей и, поэтому, используя ОДМР, в одном эксперименте может быть проведено измерение только на одном из четырех активных спиновых центров, тогда как в карбиде кремния все спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием уже самой природой выстроены вдоль одной кристаллографической оси с. Спиновый центр с основным квадруплетным спиновым состоянием представляет собой отрицательно-заряженную вакансию кремния (VSi -) со спином S=3/2, взаимодействующую с нейтральной вакансией углерода (VC 0), расположенной вдоль гексагональной кристаллографической оси (с-оси) относительно вакансии кремния и не имеющей молекулярной связи с вакансией кремния. При оптическом возбуждении в ближнем ИК диапазоне (750-850 нм) осуществляется выстраивание населенностей спинов спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием, при этом создается неравновесное заполнение спиновых уровней. Изменение заполнения спиновых уровней путем облучения кристалла РЧ излучением с частотой магнитного резонанса приводит к изменению интенсивности люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в момент магнитного резонанса.Recently, vacancy spin centers in silicon carbide (SiC) with properties similar to NV centers in diamond (spin centers with a ground quadruplet spin state) have been discovered. The presence of a physical effect of optical alignment of spins of such spin centers when irradiating a silicon carbide crystal with near infrared (IR) light at room temperature allows optical registration of magnetic resonance in the ground state of such spin centers at room temperature up to registration of magnetic resonance on single spin centers. The axes of the ensemble of spin centers with the ground quadruplet spin state in silicon carbide are oriented along the hexagonal crystallographic axis c , in contrast to the ensemble of NV centers in diamond, in which the axes of the NV centers are oriented along one of the four <111> crystallographic axes and, therefore, using ODMR, a measurement can be performed in one experiment only on one of the four active spin centers, whereas in silicon carbide all spin centers with the ground quadruplet spin state are naturally aligned along one crystallographic axis c . A spin center with the ground quadruplet spin state is a negatively charged silicon vacancy (V Si - ) with spin S = 3/2, interacting with a neutral carbon vacancy (V C 0 ), located along the hexagonal crystallographic axis ( c -axis) relative to the silicon vacancy and having no molecular bond with the silicon vacancy. With optical excitation in the near IR range (750-850 nm), the spin populations of spin centers with the ground quadruplet spin state are aligned, creating a nonequilibrium filling of spin levels. Changing the filling of spin levels by irradiating the crystal with RF radiation with a magnetic resonance frequency leads to a change in the luminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state at the moment of magnetic resonance.
В магнитометре с основным квадруплетным спиновым состоянием не требуется генератор РЧ излучения и система подачи РЧ излучения на активный материал в виде витка или катушки, отсутствует блок модуляции мощности РЧ генератора и система детектирования люминесценции на частоте модуляции РЧ. Замена лазера видимого света на лазер ближнего инфракрасного (ИК) света и систему детектирования ближнего ИК света, позволяет их совместить с волоконной оптикой и попасть в полосу прозрачности биологических объектов.The magnetometer with the ground quadruplet spin state does not require an RF generator and a system for delivering RF radiation to the active material in the form of a coil or a coil, there is no RF generator power modulation unit and a system for detecting luminescence at the RF modulation frequency. Replacing the visible light laser with a near infrared (IR) laser and a near IR detection system allows them to be combined with fiber optics and get into the transparency band of biological objects.
Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где:This technical solution is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 приведена блок схема оптического векторного магнитометра на основе карбида кремния гексагонального политипа 4H-SiC, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием;Fig. 1 shows a block diagram of an optical vector magnetometer based on silicon carbide of the hexagonal polytype 4H-SiC, containing spin centers with a ground quadruplet spin state;
на фиг. 2 показан датчик оптического векторного магнитометра на основе активного материала в виде пластины кристалла карбида кремния гексагонального политипа 4H-SiC, плоскость упомянутой пластины перпендикулярна оси с кристалла, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, ориентация которых совпадает с осью с кристалла;Fig. 2 shows a sensor of an optical vector magnetometer based on an active material in the form of a plate of a silicon carbide crystal of the hexagonal polytype 4H-SiC, the plane of the said plate is perpendicular to the c axis of the crystal containing spin centers with the ground quadruplet spin state, the orientation of which coincides with the c axis of the crystal;
на фиг. 3 приведена реперная зависимость относительного изменения интенсивности фотолюминесценции, ДФЛ/ФЛ, спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 в кристалле карбида кремния политипа 4H-SiC от величины квазистационарного магнитного поля В0 при нулевом внешнем магнитном поле, зарегистрированные при комнатной температуре 300 К в ориентации квазистационарного магнитного поля В0 и низкочастотного (НЧ) модуляционного магнитного поля ВМод вдоль оси с кристалла;Fig. 3 shows the reference dependence of the relative change in the intensity of photoluminescence, DPL/PL, of spin centers with the ground quadruplet spin state S=3/2 in a crystal of silicon carbide of the 4H-SiC polytype on the value of the quasi-stationary magnetic field B 0 at zero external magnetic field, recorded at room temperature of 300 K in the orientation of the quasi-stationary magnetic field B 0 and the low-frequency (LF) modulation magnetic field B Mod along the c axis of the crystal;
на фиг. 4 демонстрируется применение оптического векторного магнитометра для измерения вектора внешнего магнитного поля, основанного на обнулении измеряемого магнитного поля ВИзм, путем приложения компенсационного магнитного поля ВКомп, создаваемого системой катушек Гельмгольца (3, 4, 5, Фиг. 2) с откалиброванными токами для получения фиксированных магнитных полей.Fig. 4 demonstrates the use of an optical vector magnetometer for measuring the external magnetic field vector, based on zeroing the measured magnetic field B Meas by applying a compensating magnetic field B Comp created by a system of Helmholtz coils (3, 4, 5, Fig. 2) with calibrated currents to obtain fixed magnetic fields.
Оптический векторный магнитометр (см. фиг. 1, фиг. 2) содержит активный материал 1 в настоящем исполнении в виде пластины кристалла карбида кремния гексагонального политипа 4H-SiC, плоскость пластины активного материала 1 перпендикулярна оси с кристалла. Активный материал 1 содержит спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, ориентация которых совпадает с осью с кристалла. Активный материал 1 помещен в электромагнит 2, осуществляющий развертку квазистационарного магнитного поля В0 вдоль оси с пластины активного материала 1, принятой за ось Z, и окружет системой из катушек 3, 4 и 5 Гельмгольца для направлений соответственно X, Y и Z, предназначенных для создания дополнительного векторного магнитного поля вдоль этих направлений с целью компенсации измеряемого векторного магнитного поля. Катушка 5 предназначена также для создания низкочастотного модуляционного магнитного поля вдоль оси Z, совпадающей с направлением квазистационарного магнитного поля В0. Оптический магнитометр также содержит объектив 6, лазер (Л) 7, излучающий в ближней инфракрасной области, инфракрасный пропускающий фильтр 8, собирающую линзу 9, диафрагму (пинхол) 10, фотоприемник (ФП) 11, выполненный, например, в виде ФЭУ, фотодиода, лавинного фотодиода; генератор низкой частоты (ГНЧ) 12 с выходным конденсатором, синхронный детектор (СД) 13, блок управления (БУ) 14, источник (ИПТ) 15 постоянного тока. Оптический магнитометр может включать также сканирующий столик 16 конфокального микроскопа с пьезоэлементом 17, способный осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях под действием управляющих напряжений пьезоэлемента 17, на котором расположен активный материал 1. Лазер 7 оптически соединен через инфракрасный пропускающий фильтр 8 и объектив 6 с активным материалом 1, который через объектив 6, инфракрасный пропускающий фильтр 8, собирающую линзу 9 и диафрагму (пинхол) 10 оптически соединен с ФП 11. Выход ГНЧ 12 через выходной конденсатор подключен к электромагниту 5 и соединен с первым входом СД 13, второй вход которого соединен с выходом ФП 11. Выход БУ14 соединен с входом ИПТ15, первый выход ИПТ15 подключен к электромагниту 2, второй выход ИПТ 15 подключен к электромагниту 3, третий выход ИПТ 15 подключен к электромагниту 4, четвертый выход ИПТ подключен к электромагниту 5; выход СД 13 соединен с входом БУ 14.The optical vector magnetometer (see Fig. 1, Fig. 2) contains an active material 1 in the present embodiment in the form of a plate of silicon carbide crystal of the hexagonal polytype 4H-SiC, the plane of the plate of the active material 1 is perpendicular to the axis c of the crystal. The active material 1 contains spin centers with the ground quadruplet spin state, the orientation of which coincides with the axis c of the crystal. The active material 1 is placed in an electromagnet 2, which carries out the sweep of the quasi-stationary magnetic field B 0 along the axis c of the plate of the active material 1, taken as the Z axis, and is surrounded by a system of Helmholtz coils 3, 4 and 5 for the directions X, Y and Z, respectively, intended to create an additional vector magnetic field along these directions for the purpose of compensating for the measured vector magnetic field. The coil 5 is also intended for creating a low-frequency modulation magnetic field along the Z axis, coinciding with the direction of the quasi-stationary magnetic field B 0 . The optical magnetometer also contains an objective 6, a laser (L) 7 emitting in the near infrared region, an infrared transmission filter 8, a collecting lens 9, a diaphragm (pinhole) 10, a photodetector (PD) 11, made, for example, in the form of a photomultiplier tube, a photodiode, an avalanche photodiode; a low-frequency generator (LFG) 12 with an output capacitor, a synchronous detector (SD) 13, a control unit (CU) 14, a source (SPS) 15 of direct current. The optical magnetometer may also include a scanning stage 16 of a confocal microscope with a piezoelectric element 17 capable of reciprocating in three mutually perpendicular directions under the action of control voltages of the piezoelectric element 17, on which the active material 1 is located. The laser 7 is optically connected through an infrared transmitting filter 8 and an objective 6 to the active material 1, which is optically connected to the FP 11 through an objective 6, an infrared transmitting filter 8, a collecting lens 9 and a diaphragm (pinhole) 10. The output of the LFO 12 is connected through an output capacitor to an electromagnet 5 and is connected to the first input of the SD 13, the second input of which is connected to the output of the FP 11. The output of the BU14 is connected to the input of the IPT15, the first output of the IPT15 is connected to the electromagnet 2, the second output of the IPT 15 is connected to the electromagnet 3, the third output of the IPT 15 is connected to the electromagnet 4, the fourth the output of the IPT is connected to the electromagnet 5; the output of the SD 13 is connected to the input of the BU 14.
Наряду со схемой, выполненной на базе конфокального микроскопа, позволяющей 2D или 3D сканирование малого оптически возбуждаемого объема (вплоть до 0.2 мкм), возможно также применение технологии STED (stimulated emission depletion microscopy), где оптически возбуждаемый и излучаемый объем может быть ограничен вплоть до нескольких нм.Along with the scheme based on a confocal microscope, allowing 2D or 3D scanning of a small optically excited volume (down to 0.2 µm), it is also possible to use STED (stimulated emission depletion microscopy) technology, where the optically excited and emitted volume can be limited to several nm.
Активный материал 1 (фиг. 1 и фиг. 2) выполнен в виде пластины кристалла карбида кремния гексагонального политипа 4H-SiC, плоскость упомянутой пластины перпендикулярна оси с кристалла, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, ориентация которых совпадает с осью с кристалла, помещенный в электромагнит 2, осуществляющий развертку квазистационарного магнитного поля В0 вдоль оси с пластины, принятой за ось Z; системой из катушек 3, 4 и 5 Гельмгольца соответственно X, Y и Z, предназначенных для создания дополнительного векторного магнитного поля вдоль этих направлений с целью компенсации измеряемого векторного магнитного поля; катушка 5 предназначена также для создания низкочастотного модуляционного магнитного поля вдоль оси Z, совпадающей с направлением квазистационарного магнитного поля В0. Активный материал 1 размещается на столике 16 конфокального микроскопа.Active material 1 (Fig. 1 and Fig. 2) is made in the form of a plate of silicon carbide crystal of the hexagonal polytype 4H-SiC, the plane of said plate is perpendicular to the c axis of the crystal containing spin centers with the ground quadruplet spin state, the orientation of which coincides with the c axis of the crystal, placed in electromagnet 2, which carries out the sweep of the quasi-stationary magnetic field B 0 along the c axis of the plate, taken as the Z axis; a system of Helmholtz coils 3, 4 and 5, respectively, X, Y and Z, intended to create an additional vector magnetic field along these directions in order to compensate for the measured vector magnetic field; coil 5 is also intended to create a low-frequency modulation magnetic field along the Z axis, coinciding with the direction of the quasi-stationary magnetic field B 0 . Active material 1 is placed on stage 16 of the confocal microscope.
На фиг. 3 приведена зависимость относительного изменения интенсивности фотолюминесценции, ΔФЛ/ФЛ, спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 в кристалле карбида кремния гексагонального политипа 4H-SiC от величины квазистационарного магнитного поля В0, при нулевом внешнем магнитном поле, зарегистрированные на низкой частоте модуляции магнитного поля, направленного вдоль квазистационарного магнитного поля В0, при комнатной температуре 300 К в ориентации квазистационарного магнитного поля В0 параллельной оси с кристалла, и, следовательно, аксиальной оси симметрии спиновых центров, которые являются реперными зависимостями, и их вид составляет основу для векторной магнитометрии. Метками от (18) до (24) обозначены линии антипересечения уровней (АПУ) в виде производной, зарегистрированные с использованием синхронного детектора 13 на частоте низкочастотной модуляции магнитного поля, совпадающего по направлению с квазистационарным магнитным полем В0, фиксирующие изменения интенсивности ФЛ. Метки (20) и (23) указывают две точки антипересечения энергетических уровней для системы, у которой отсутствует сверхтонкое взаимодействие с ядром Si-29, то есть все ядра кремния во второй координационной сфере относительно вакансии кремния, входящей в структуру спинового центра, имеют нулевые ядерные магнитные моменты. Остальные метки фиксируют точки антипересечения энергетических уровней, обусловленных сверхтонким взаимодействием с одним ядром Si-29, находящимся во второй координационной сфере относительно вакансии кремния, входящей в структуру квадруплетного спинового центра.Fig. 3 shows the dependence of the relative change in the photoluminescence intensity, ΔPL/PL, of spin centers with the ground quadruplet spin state S=3/2 in a crystal of silicon carbide of the hexagonal polytype 4H-SiC on the value of the quasi-stationary magnetic field B0 , at zero external magnetic field, recorded at a low frequency of modulation of the magnetic field directed along the quasi-stationary magnetic field B0 , at room temperature of 300 K in the orientation of the quasi-stationary magnetic field B0 parallel to the c axis of the crystal, and, consequently, the axial axis of symmetry of the spin centers, which are reference dependences, and their form forms the basis for vector magnetometry. The marks from (18) to (24) designate the lines of level anticrossing (LAC) in the form of a derivative, registered using the synchronous detector 13 at the frequency of low-frequency modulation of the magnetic field coinciding in direction with the quasi-stationary magnetic field B 0 , recording the changes in the PL intensity. The marks (20) and (23) indicate two points of anticrossing of energy levels for the system that does not have a hyperfine interaction with the Si-29 nucleus, i.e., all silicon nuclei in the second coordination sphere relative to the silicon vacancy included in the structure of the spin center have zero nuclear magnetic moments. The remaining marks record the points of anticrossing of energy levels caused by the hyperfine interaction with one Si-29 nucleus located in the second coordination sphere relative to the silicon vacancy included in the structure of the quadruplet spin center.
Настоящий оптический векторный магнитометр работает следующим образом.The actual optical vector magnetometer works as follows.
На датчик магнитометра, выполненный на основе активного материала 1 в виде пластины кристалла 4H-SiC, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, плоскость пластины перпендикулярна оси с кристалла, фокусируют лазерный луч, возбуждающий ФЛ спиновых центров в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне. Активный материал 1 помещен в электромагнит 2, осуществляющий развертку квазистационарного магнитного поля В0 вдоль оси с пластины, принятой за ось Z; системой из трех катушек 3, 4 и 5 Гельмгольца для направлений соответственно X, Y и Z, предназначенных для создания дополнительного векторного магнитного поля вдоль этих направлений с целью компенсации (обнуления) измеряемого векторного магнитного поля и достижения реперной зависимости изменения интенсивности фотолюминесценции ΔФЛ/ФЛ, которая измеряется один раз и является неизменной для спиновых центров с квадруплетным основным состоянием в кристалле 4H-SiC. Реперная зависимость представляет собой изменения интенсивности фотолюминесценции, ΔФЛ/ФЛ, от величины квазистационарного магнитного поля В0 при нулевом внешнем магнитном поле, зарегистрированная при комнатной температуре в ориентации квазистационарного магнитного поля В0 и низкочастотного (НЧ) модуляционного магнитного поля ВМод вдоль оси с кристалла. Низкочастотное модуляционное магнитное поле создается в катушке Гельмгольца 5 для направления Z, совпадающего с направлением квазистационарного магнитного поля В0 током, поступающем от генератора низкой частоты ГНЧ 12 через выходной конденсатор. Синхронный детектор 13 регистрирует сигнал, поступающий с ФП 11 на низкой частоте модуляции магнитного поля. Выходной сигнал с блока управления БУ 14 поступает на источник постоянного тока ИПТ 15. Оптический магнитометр может включать также сканирующий столик 16 конфокального микроскопа с пьезоэлементом 17, способный осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях под действием управляющих напряжений пьезоэлемента 17, на котором расположен активный материал 1.A laser beam exciting PL of spin centers in the near infrared (IR) range is focused on a magnetometer sensor made on the basis of active material 1 in the form of a 4H-SiC crystal plate containing spin centers with a ground quadruplet spin state, the plane of the plate being perpendicular to the c axis of the crystal. Active material 1 is placed in electromagnet 2 performing a sweep of quasi-stationary magnetic field B 0 along the c axis of the plate taken as the Z axis; a system of three Helmholtz coils 3, 4 and 5 for directions X, Y and Z, respectively, intended for creating an additional vector magnetic field along these directions in order to compensate (zero) the measured vector magnetic field and achieve a reference dependence of the change in photoluminescence intensity ΔPL/PL, which is measured once and is unchanged for spin centers with a quadruplet ground state in the 4H-SiC crystal. The reference dependence is a change in the photoluminescence intensity, ΔPL/PL, on the value of the quasi-stationary magnetic field B 0 at zero external magnetic field, recorded at room temperature in the orientation of the quasi-stationary magnetic field B 0 and the low-frequency (LF) modulation magnetic field B Mod along the c axis of the crystal. The low-frequency modulation magnetic field is created in the Helmholtz coil 5 for the Z direction, coinciding with the direction of the quasi-stationary magnetic field B 0 by the current coming from the low-frequency generator LFO 12 through the output capacitor. The synchronous detector 13 records the signal coming from the FP 11 at the low frequency of the magnetic field modulation. The output signal from the control unit BU 14 is fed to the direct current source IPT 15. The optical magnetometer may also include a scanning stage 16 of a confocal microscope with a piezoelectric element 17, capable of performing reciprocating movement in three mutually perpendicular directions under the action of control voltages of the piezoelectric element 17, on which the active material 1 is located.
Для измерения внешнего магнитного поля необходимо последовательно компенсировать все три компоненты Bz, Вх и By внешнего магнитного поля путем сравнения с реперной зависимостью в области, возбуждаемой сфокусированным лазерным излучением. Первый этап компенсации внешнего магнитного поля осуществляется путем приложения компенсационного магнитного поля, обнуляющего параллельную компоненту Bz внешнего магнитного поля, то есть величина компенсирующего поля вдоль оси Z изменяется до тех пор, пока точки позиции первого антикроссинга (метка 20 на фиг. 3) искаженного спектра и реперного спектра не совпадут.To measure the external magnetic field, it is necessary to sequentially compensate for all three components B z , B x and B y of the external magnetic field by comparing with the reference dependence in the region excited by the focused laser radiation. The first stage of compensation of the external magnetic field is carried out by applying a compensating magnetic field that zeroes the parallel component B z of the external magnetic field, i.e. the magnitude of the compensating field along the Z axis changes until the points of the first anticrossing position (mark 20 in Fig. 3) of the distorted spectrum and the reference spectrum coincide.
Второй этап компенсации внешнего магнитного поля заключается во введении компенсирующего магнитного поля в перпендикулярной плоскости XY, которое изменяет форму спектра АПУ без изменения положения позиции первого антикроссинга (метка 20 на фиг. 3) в квазистационарном магнитном поле, которое было установлено компенсирующей компонентой магнитного поля вдоль оси z. Таким образом, изменяя величину тока, подаваемого на катушки Гельмгольца в плоскости XY, можно добиться полной компенсации внешнего (измеряемого) магнитного поля, то есть совпадения полуширины линии, центр которой обозначен меткой 23 на фиг. 3 с реперным спектром.The second stage of compensation of the external magnetic field consists in introduction of a compensating magnetic field in the perpendicular plane XY, which changes the shape of the spectrum of the APU without changing the position of the first anticrossing (mark 20 in Fig. 3) in the quasi-stationary magnetic field, which was established by the compensating component of the magnetic field along the z axis. Thus, by changing the magnitude of the current supplied to the Helmholtz coils in the plane XY, it is possible to achieve complete compensation of the external (measured) magnetic field, i.e., the coincidence of the half-width of the line, the center of which is designated by mark 23 in Fig. 3 with the reference spectrum.
Полная компенсация наступает, когда спектр АПУ, искаженный внешним магнитным полем, в результате введения компенсационных полей полностью совпадает по форме и положению с реперным спектром АПУ, зарегистрированным в нулевом внешнем магнитном поле.Complete compensation occurs when the spectrum of the APU, distorted by the external magnetic field, as a result of the introduction of compensation fields, completely coincides in shape and position with the reference spectrum of the APU, recorded in a zero external magnetic field.
Пример. Применение оптического векторного магнитометра для измерения вектора внешнего магнитного поля, основанного на обнулении измеряемого магнитного поля, ВИзм, мТл, путем приложения компенсационного магнитного поля, ВКомп, мТл, создаваемого системой катушек 3, 4 и 5 Гельмгольца с откалиброванными токами для получения фиксированных магнитных полей, приведено на фиг. 4. Меткой 25 обозначена зависимость ΔФЛ/ФЛ спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 в кристалле карбида кремния гексагонального политипа 4H-SiC от величины квазистационарного магнитного поля В0, и модуляционного магнитного поля ВМод, направленных вдоль оси с при приложении произвольного внешнего магнитного поля, зарегистрированные при комнатной температуре 300 К. Путем применения компенсационного поля ВКомп измеряемое магнитное поле обнуляется и зависимость ΔФЛ/ФЛ превращается в реперную зависимость 26, практически полностью совпадающую с реперной зависимостью, представленной на фиг.3, которая была зарегистрирована для нулевого внешнего магнитного поля. На вставке условно представлен принцип компенсации внешнего измеряемого магнитного поля ВИзм (черные стрелки) путем приложения компенсационного магнитного поля ВКомп, (серые стрелки) с помощью катушек Гельмгольца. Модуль и направление компенсирующего поля в виде полярного, θ, и азимутального, ϕ, углов вычисляются по формулам:Example. The use of an optical vector magnetometer for measuring the external magnetic field vector, based on zeroing the measured magnetic field, V Meas , mT, by applying a compensating magnetic field, V Comp , mT, created by a system of Helmholtz coils 3, 4 and 5 with calibrated currents to obtain fixed magnetic fields, is shown in Fig. 4. The mark 25 shows the dependence of ΔFL/FL of spin centers with the ground quadruplet spin state S=3/2 in a silicon carbide crystal of the hexagonal polytype 4H-SiC on the magnitude of the quasi-stationary magnetic field B 0 , and the modulation magnetic field B Mod , directed along the c axis upon application of an arbitrary external magnetic field, recorded at room temperature of 300 K. By applying the compensation field B Comp , the measured magnetic field is zeroed and the dependence ΔFL/FL is converted into the reference dependence 26, which almost completely coincides with the reference dependence shown in Fig. 3, which was recorded for zero external magnetic field. The inset conditionally shows the principle of compensation of the external measured magnetic field B Meas (black arrows) by applying the compensating magnetic field B Comp , (gray arrows) using Helmholtz coils. The module and direction of the compensating field in the form of polar, θ, and azimuthal, ϕ, angles are calculated using the formulas:
|B|=√(BX 2+BY 2+BZ 2); мТл; θ=arctg{√[(BX 2+BY 2)/BZ]}; ϕ=arctg(BX/BY); градусы: BZ=0.131, BX=0.174, BY=0.200, |B|=0.296, мТл; θ=63.7; ϕ=49.0, градусы.|B|=√(B X 2 +B Y 2 +B Z 2 ); mT; θ=arctg{√[(B X 2 +B Y 2 )/B Z ]}; ϕ=arctg(B X /B Y ); degrees: B Z =0.131, B X =0.174, B Y =0.200, |B|=0.296, mT; θ=63.7; ϕ=49.0, degrees.
Чувствительность нахождения углов θ и ϕ определяется чувствительностью к определению перпендикулярной компоненты магнитного поля, которая составляет ~0.01 мТл/√Гц.The sensitivity of finding the angles θ and ϕ is determined by the sensitivity to determining the perpendicular component of the magnetic field, which is ~0.01 mT/√Hz.
Эксперименты проводились при комнатной температуре с помощью конфокального микроскопа, площадь пятна оптического возбуждения составляла ~1 мкм2, частота модуляции магнитного поля fМод=331 Гц, амплитуда модуляции 0.01 мТл, модуляционное магнитное поле было направлено вдоль квазистационарного магнитного поля В0, то есть перпендикулярно плоскости пластины карбида кремния, нормаль к которой совпадает с осью с.The experiments were carried out at room temperature using a confocal microscope, the area of the optical excitation spot was ~1 μm2 , the modulation frequency of the magnetic field was f Mod = 331 Hz, the modulation amplitude was 0.01 mT, the modulation magnetic field was directed along the quasi-stationary magnetic field B 0 , i.e. perpendicular to the plane of the silicon carbide plate, the normal to which coincides with the c axis.
Этот метод может быть использован для обнаружения переменных полей с частотой, приближающихся к максимальной скорости оптически индуцированной спиновой поляризации. Следует отметить, что при детектировании сигнала магнитного отклика с помощью антипересечения спиновых уровней снимается временное ограничение для обычного оптически детектируемого резонанса (ОДМР), то есть когда амплитуда В1 переменной магнитной компоненты микроволнового поля должна быть достаточно велика, чтобы перевернуть спин в короткий промежуток времени, соответствующий времени жизни в возбужденном состоянии. Для активных спиновых центров в карбиде кремния эта величина составляет примерно 10 нс, при этом необходимые микроволновые магнитные поля В1 должны составлять десятки Гс, что достижимо только в условиях импульсных методов.This method can be used to detect alternating fields with a frequency approaching the maximum rate of optically induced spin polarization. It should be noted that when detecting the magnetic response signal using spin level anticrossing, the time limitation for the usual optically detected resonance (ODMR) is removed, i.e. when the amplitude B1 of the alternating magnetic component of the microwave field must be large enough to flip the spin in a short time interval corresponding to the lifetime in the excited state. For active spin centers in silicon carbide, this value is approximately 10 ns, while the required microwave magnetic fields B1 must be tens of Gs, which is achievable only under pulsed methods.
Основным достоинством магнитометра является отсутствие высокочастотного блока в виде генератора РЧ излучения, системы подачи ВЧ излучения на активный материал и системы регистрации ОДМР на частоте модуляции мощности РЧ генератора. При этом исключаются помехи, создаваемые РЧ генератором, а также нагревание активного материала и объекта исследования РЧ излучением. Отсутствие РЧ системы позволяет помещать активный материал на металлические подложки, а также изучать магнитные поля в проводящих средах.The main advantage of the magnetometer is the absence of a high-frequency unit in the form of an RF radiation generator, a system for supplying RF radiation to the active material, and a system for recording the ODMR at the RF generator power modulation frequency. This eliminates interference created by the RF generator, as well as heating of the active material and the object of study by RF radiation. The absence of the RF system allows placing the active material on metal substrates, as well as studying magnetic fields in conductive media.
В оптическом векторном магнетометре вместо схемы, выполненной на базе конфокального микроскопа, для возбуждения фотолюминесценции может быть применена схема микроскопа ближнего поля, которая уменьшит объем возбуждаемых спиновых центров более, чем на порядок.In an optical vector magnetometer, instead of a circuit based on a confocal microscope, a near-field microscope circuit can be used to excite photoluminescence, which will reduce the volume of excited spin centers by more than an order of magnitude.
В оптическом векторном магнетометре вместо схемы, выполненной на базе конфокального микроскопа, может быть применена технология STED (stimulated emission depletion microscopy), где оптически возбуждаемый и излучаемый объем может быть уменьшен на несколько порядков.In an optical vector magnetometer, instead of a circuit based on a confocal microscope, STED (stimulated emission depletion microscopy) technology can be used, where the optically excited and emitted volume can be reduced by several orders of magnitude.
В оптическом векторном магнетометре вместо датчика на основе политипа 4H-SiC, может использоваться датчик, выполненный на основе других гексагональных и ромбических политипов карбида кремния, содержащих спиновые центры с квадруплетным основным состоянием. При этом для каждого типа спиновых центров должна быть зарегистрирована реперная зависимость относительного изменения интенсивности фотолюминесценции, ΔФЛ/ФЛ, спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 от величины квазистационарного магнитного поля В0, при нулевом внешнем магнитном поле, зарегистрированные на низкой частоте модуляции магнитного поля, направленного вдоль квазистационарного магнитного поля В0, при комнатной температуре 300 К в ориентации квазистационарного магнитного поля В0 параллельной оси с кристалла.In the optical vector magnetometer, instead of a sensor based on the 4H-SiC polytype, a sensor made on the basis of other hexagonal and rhombic polytypes of silicon carbide containing spin centers with a quadruplet ground state can be used. In this case, for each type of spin centers, a reference dependence of the relative change in the photoluminescence intensity, ΔPL/PL, of spin centers with the ground quadruplet spin state S=3/2 on the value of the quasi-stationary magnetic field B 0 , at zero external magnetic field, recorded at a low modulation frequency of the magnetic field directed along the quasi-stationary magnetic field B 0 , at a room temperature of 300 K in the orientation of the quasi-stationary magnetic field B 0 parallel to the c axis of the crystal, should be recorded.
Claims (5)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2830140C1 RU2830140C1 (en) | 2024-11-13 |
| RU2830140C9 true RU2830140C9 (en) | 2024-12-19 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU236230U1 (en) * | 2024-11-27 | 2025-08-01 | Акционерное Общество "Агд Даймондс" (Ао "Агд Даймондс") | Device for optical registration of magnetic resonance with the ability to measure electric current |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120176130A1 (en) * | 2009-04-13 | 2012-07-12 | The Regents Of The University Of California | Detection of J-Coupling Using Atomic Magnetometer |
| RU2607840C1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Optical magnetometer |
| RU2691775C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-06-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Optical magnetometer |
| RU2695593C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-07-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of measuring magnetic field |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120176130A1 (en) * | 2009-04-13 | 2012-07-12 | The Regents Of The University Of California | Detection of J-Coupling Using Atomic Magnetometer |
| RU2607840C1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Optical magnetometer |
| RU2691775C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-06-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Optical magnetometer |
| RU2695593C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-07-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of measuring magnetic field |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU236230U1 (en) * | 2024-11-27 | 2025-08-01 | Акционерное Общество "Агд Даймондс" (Ао "Агд Даймондс") | Device for optical registration of magnetic resonance with the ability to measure electric current |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109143121B (en) | Microwave field quantitative test system and method based on pulse modulation | |
| Patel et al. | Subnanotesla magnetometry with a fiber-coupled diamond sensor | |
| US11448676B2 (en) | Spin-based electrometry with solid-state defects | |
| CN108519564B (en) | Three-axis solid-state atomic magnetic sensor and magnetic field detection method based on diamond NV color center | |
| US7573264B2 (en) | Atomic magnetic gradiometer for room temperature high sensitivity magnetic field detection | |
| EP2837930A1 (en) | Method for detecting the magnitude of a magnetic field gradient | |
| RU2661442C2 (en) | Gyroscope at n-v centers in diamonds | |
| US20140111198A1 (en) | Method and apparatus for implementing eit magnetometry | |
| GB2580931A (en) | Defect centre-based sensor | |
| Xu et al. | Construction and applications of an atomic magnetic gradiometer based on nonlinear magneto-optical rotation | |
| Lekavicius et al. | Magnetometry based on silicon-vacancy centers in isotopically purified 4 h-sic | |
| CN113777540A (en) | A diamond NV color center magnetometer including a magnetic flux concentrator | |
| CN114415081A (en) | Device based on ensemble nitrogen-vacancy color center | |
| CN117043616A (en) | Sensor unit for detecting magnetic fields | |
| RU2607840C1 (en) | Optical magnetometer | |
| RU2601734C1 (en) | Method of measuring magnetic field | |
| RU2617293C1 (en) | Method of measuring temperature | |
| RU2830140C9 (en) | Optical vector magnetometer | |
| RU2830140C1 (en) | Optical vector magnetometer | |
| RU2691775C1 (en) | Optical magnetometer | |
| CN109787082A (en) | Quantum sensor and application thereof based on rare earth ion doped optical crystal | |
| Likhachev et al. | All-optical vector magnetometry based on fine and hyperfine interactions in spin-3 2 centers in silicon carbide | |
| RU2654967C1 (en) | Method of measuring the characteristics of the magnetic field | |
| RU2691774C1 (en) | Optical magnetometer | |
| RU2835005C1 (en) | Three-component optical quantum magnetometer on nitrogen-vacancy colour centres in diamond crystal |