Лазерный мир

Оптически детектируемый магнитно-резонансный стенд-спектрометр для исследования свойств синтезированных алмазных пластин создали в Северном Арктическом федеральном университете (САФУ) в Архангельске. Как рассказал ТАСС научный руководитель научно-образовательного центра «Российская Арктика» САФУ Марат Есеев, прибор предназначен для определения концентрации в пластинах так называемых энви-центров (NV-центры, азото-вакансионные, или азото-замещенные центры).

При выращивании алмаза добавляется азот, и атом азота выбивает атом углерода, нарушая строение кристаллической решетки. Образовавшаяся вакансия связывается с атомом азота, так получается энви-центр.

«Мы эту установку создавали в течение почти двух лет совместно со специалистами Физтеха А. Ф. Иоффе РАН, это уникальная разработка. Оптически детектируемый магнитно-резонансный стенд-спектрометр создан, чтобы изучать с высокой степенью точности концентрации азотно-вакансионных центров в пластинах алмаза, которые являются квантовым сенсором внешних магнитных полей», — сказал Есеев.

Энви-центры в пластинке алмаза делают его очень чувствительным к малейшим изменениям электромагнитного поля, такие элементы с заданными свойствами нужны для создания сверхточных датчиков-магнитометров, и устройств для навигации по магнитному полю. Алмазные пластины с энви-центрами могут использоваться также для квантовых вычислений.

Спектрометр помогает «подсчитать» энви-центры в разных участках пластины при помощи специальной оптики и лазера с длиной волны 532 нанометра. Луч проходит через сложную систему детекторов и на компьютере получается очень точная картина оптически детектированного магнитного резонанса. Фиксируется затухание люминесценции от алмазной пластины, оно длится считанные микросекунды, и по характеристикам этого спада определяется концентрация энви-центров.

«Хорошие» алмазные пластины

От их числа и расположения зависит, можно ли использовать данный алмаз в качестве сенсора, хороший ли от нее будет сигнал. Точность определения содержания энви-центров — это миллионные доли (ppm — от лат. pro pro mille или «частей на миллион») по отношению ко всему остальному.

«Мы можем посмотреть, хорошая пластина или нет. Или в каком месте она хорошая, а в каком нет. Хорошая — это значит, что нам нужна определенная концентрация, — пояснил ученый. — Есть две области, в которых хорошо работают квантовые свойства. Во-первых, это большая концентрация энви-центров в пластине, но равномерно и правильно распределенная. Это порядка сотен ppm. В этом случае получается очень хороший сигнал фотолюминесценции, по которому определяются магнитные свойства».

Но при слишком большой концентрации энви-центров, они начинают, условно говоря, мешать друг другу. «И другой подход состоит в том, чтобы сделать ее небольшой, 5-6 ppm. В этом случае сигнал будет слабее, но зато он получается более чистым. Главное — это баланс шумов, которые мы получаем при измерении полезного сигнала. Для этого как раз эти приборы предназначены», — добавил собеседник агентства.

В САФУ создана лаборатория по синтезу алмазов. Их выращивают из газообразного углерода с помощью CVD-метода (chemical vapor deposition — химическое осаждение из газовой фазы). На этапах роста дополнительно внедряется азот, чтобы получать алмазные пластины с заданными свойствами.

Источник: https://tass.ru/nauka/26637545