研究人員發現了磁場強度和溫度之間的聯繫

研究人員最近發現，激發特定量子力學過程所需的磁場強度，如光致發光和利用電磁場控制自旋狀態的能力，與材料的溫度相對應。基於這一發現，科學家可以通過測量產生這種效應的場強來確定樣品的溫度，解析度為1立方微米。在大多數工業、電子和化學過程中，溫度感測是必不可少的，因此更大的空間解析度將有利於商業和科學研究。

在鑽石中，氮原子可以取代碳原子; 當這種情況發生在晶格中的空位旁邊時，它會產生有用的量子特性。這些職位空缺可能會產生負面或中性。帶負電的空位中心也是光致發光的，並且當暴露於某些波長的光時會產生可檢測的發光。研究人員可以利用磁場來控制空位中電子的自旋，這會改變光致發光的強度。

金剛石立方晶體結構

一個由俄羅斯和德國研究人員組成的團隊創造了一個系統，可以在非常小的解析度下測量溫度和磁場。科學家們製造出了碳化硅晶體，其空位類似於鑽石中的氮空位中心。然後，他們將碳化硅暴露在恆定磁場下的紅外激光下，並記錄產生的光致發光。

更強的磁場使這些空位中的電子更容易在能量自旋態之間轉移。在特定場強下，自旋為3/2的電子的比例會迅速改變，這一過程被稱為反搓。光致發光的亮度取決於不同自旋狀態下電子的比例，因此研究人員可以通過監測亮度的變化來測量磁場的強度。

此外，當這些空位中的電子發生交叉弛豫時，發光會突然發生變化。交叉弛豫過程中，一個激發態的量子系統與另一個基態的量子系統共享能量，使兩者都處於中間狀態。誘導交叉鬆弛所需的電場強度與材料的溫度直接相關。通過改變電場強度，以及記錄光致發光突然改變的時間，科學家們可以計算出被研究晶體的溫度。研究小組驚奇地發現量子效應在室溫下仍然存在。

俄羅斯科學院物理技術研究所的安德烈·阿尼西莫夫(Andrey Anisimov)是這篇論文的作者之一。此外，感測器可以微型化到100納米，這將使它們在航天工業、地球物理觀測甚至生物系統中得到應用。阿尼西莫夫說:「與鑽石不同的是，碳化硅已經是一種可用的半導體材料，二極體和晶體管已經用這種材料製成。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！