ES2923520T3 - Dispositivo y procedimiento de análisis de frecuencia de una señal - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo (10) para el análisis de frecuencia de una señal, que comprende un cristal de diamante (12) que tiene centros NV que definen subregiones, una unidad de excitación (14) para excitar óptica o eléctricamente cada subregión, una inyección unidad (16) para inyectar una señal para que la subregión esté en presencia de la señal, un generador de campo magnético (18) diseñado para generar un campo magnético en cada subregión, teniendo el campo magnético una variación espacial de amplitud en una primera dirección, y un detector (20) para detectar la frecuencia de resonancia de cada subregión de la región, comprendiendo el detector (20) un contacto eléctrico para detectar las cargas creadas en una subregión, y una lectura circuito. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento de análisis de frecuencia de una señal
[0001] La presente invención se refiere a un dispositivo de análisis de frecuencia de una señal. La presente invención se refiere también a un procedimiento correspondiente de análisis de frecuencia de una señal.
[0002] La presente invención se refiere al campo del análisis de frecuencia de una señal, es decir, la identificación de la frecuencia de las componentes de frecuencia de una señal desconocida así como la determinación de las amplitudes de las componentes de frecuencia. Más en concreto, el campo considerado es el campo de la hiperfrecuencia. Una señal cuya frecuencia está comprendida normalmente entre varios megahercios (MHz) y varios centenares de megahercios (GHz) se considera una señal de hiperfrecuencia.
[0003] El análisis de espectro de las señales de hiperfrecuencia se lleva a cabo bien de manera analógica o bien de manera digital.
[0004] De manera analógica, se hace variar la frecuencia de un oscilador local que es heterodinado con la señal que se va a medir. El barrido de frecuencia impide tener una adquisición instantánea de todo el espectro.
[0005] Es posible medir la totalidad del espectro útil de manera instantánea con técnicas de estado sólido como la técnica denominada SHB (siglas de «Spectral Hole Burning» que puede traducirse como «quemado de agujero espectral»), aunque una limitación de esta técnica es la necesidad de usar un cristal enfriado a temperatura criogénica.
[0006] En el caso digital, una señal de entrada se digitaliza con ayuda de un convertidor analógico-digital y después se aplica una transformada de Fourier rápida (sigla FFT por «Fast Fourier Transform») en la señal digitalizada.
[0007] Sin embargo, dicha técnica está limitada por la dinámica de los convertidores que funcionan a alta frecuencia.
[0008] Debe observarse que se conocen también otras técnicas de análisis de espectro de las señales de hiperfrecuencias a partir de los documentos FR 3027681 A1, WO 20171062735 A1 y del artículo de M. CHIPAUX y col. titulado "Wide bandwidth instantaneous radio frequency spectrum analyzer based on nitrogen vacancy centers in diamond" y publicado en la revista APPLIED PHYSICS LETt ErS, volumen 107, número 23 de fecha 7 de diciembre de 2015.
[0009] Por tanto existe la necesidad de un dispositivo de análisis de una señal de hiperfrecuencia que presente mejores rendimientos.
[0010] Para ello, la descripción propone un dispositivo de análisis de frecuencia de una señal que comprende un cristal de diamante que presenta una malla cristalina, una banda de valencia y una banda de conducción, comprendiendo el cristal centros NV en la malla cristalina, estando cada centro NV constituido por un átomo de nitrógeno sustituido por un átomo de carbono y acoplado a un hueco, de manera que el par átomo de nitrógeno y hueco constituye un centro coloreado en la malla cristalina, presentando el cristal de diamante al menos una zona que incluye varias subzonas cada una de las cuales tiene una frecuencia de resonancia entre los niveles de energía del centro NV- en la que, para cada una de las subzonas, cuando la subzona está en presencia de una excitación óptica o eléctrica, se generan cargas en la banda de conducción, y, en presencia de una señal que presenta al menos una frecuencia igual a la frecuencia de resonancia de la subzona, la cantidad de cargas varía con la amplitud de la componente de frecuencia de la señal a la frecuencia de resonancia. El dispositivo de análisis comprende una unidad de excitación capaz de excitar óptica o eléctricamente cada subzona, una unidad de inyección capaz de inyectar una señal para que la subzona esté en presencia de la señal, un generador de campo magnético configurado para generar un campo magnético en cada subzona, presentando el campo magnético una variación espacial de amplitud según una primera dirección y un detector. El detector es capaz de detectar la frecuencia de resonancia de cada subzona de la zona, incluyendo el detector un contacto eléctrico para cada subzona cuyo detector es capaz de detectar la frecuencia de resonancia, siendo cada contacto eléctrico capaz de detectar las cargas creadas en la subzona considerada en la banda de conducción del cristal para obtener una señal cuando la subzona está simultáneamente en presencia de una excitación óptica o eléctrica que proviene de la unidad de excitación y de una señal inyectada por la unidad de inyección, y el detector incluye un circuito de lectura de silicio conectado a los contactos para convertir cada señal obtenida en una señal convertida, de manera que cada señal convertida depende de la amplitud de la componente de frecuencia a la frecuencia de resonancia de la subzona.
[0011] Según realizaciones particulares, el dispositivo comprende una o varias de las características siguientes, tomadas de forma aislada o según todas las combinaciones técnicamente posibles:
- la distancia entre dos contactos es inferior a 300 nanómetros.
- el circuito de lectura es un circuito CMOS.
- el circuito de lectura incluye una pluralidad de unidades de tratamiento, estando cada unidad de tratamiento conectada a un contacto respectivo.
- cada unidad de tratamiento está conectada a un contacto respectivo por un área de contactos de indio o por un hilo. - el detector incluye, además, un circuito impreso, de manera que el circuito impreso conecta el circuito de lectura a los contactos.
- cada contacto está formado por dos electrodos interdigitados según una segunda dirección, siendo la segunda dirección perpendicular a la primera dirección.
- el cristal es una capa que se extiende principalmente según un plano y que presenta un eje 111, de manera que el eje 111 pertenece al plano.
- el número de contactos es superior a 500.
[0012] La presente descripción tiene también por objeto un procedimiento de análisis de frecuencia de una señal, incluyendo el procedimiento una etapa de suministro de un cristal de diamante que presenta una malla cristalina, una banda de valencia y una banda de conducción, comprendiendo el cristal centros NV en la malla cristalina, estando cada centro NV constituido por un átomo de nitrógeno sustituido por un átomo de carbono y acoplado a un hueco, de manera que el par átomo de nitrógeno y hueco constituye un centro coloreado en la malla cristalina, presentando el cristal al menos una zona que incluye varias subzonas cada una de las cuales tiene una frecuencia de resonancia entre los niveles de energía del centro NV- en la que, para cada una de las subzonas, cuando la subzona está simultáneamente en presencia de una excitación óptica o eléctrica y de una señal que presenta al menos una frecuencia igual a la frecuencia de resonancia de la subzona, aparece una modificación de la cantidad de cargas generadas en la banda de conducción. El procedimiento incluye también una etapa de excitación óptica o eléctrica de cada subzona del cristal de diamante, de inyección de una señal para que la subzona esté en presencia de la señal, de generación de un campo magnético en cada subzona, presentando el campo magnético una variación espacial de amplitud según una primera dirección y de detección de la frecuencia de resonancia de cada subzona de la zona detectando las cargas creadas en cada subzona en la banda de conducción del diamante con ayuda de un contacto eléctrico capaz de cada subzona, para obtener una señal y convirtiendo cada señal obtenida en una señal convertida con un circuito de lectura de silicio conectado a los contactos, de manera que cada señal convertida depende de la componente de frecuencia de la señal a la frecuencia de resonancia de la subzona.
[0013] Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la lectura de la descripción que se ofrece a continuación de realizaciones de la invención, proporcionada a modo de ejemplo únicamente y en referencia a los dibujos que son:
- figura 1, una vista esquemática de un ejemplo de dispositivo de análisis de una señal de hiperfrecuencia, y - figura 2, una vista esquemática de otro ejemplo de dispositivo de análisis de una señal de hiperfrecuencia.
[0014] En la figura 1 se ilustra esquemáticamente un dispositivo 10 de análisis.
[0015] El dispositivo 10 de análisis es capaz de analizar una señal.
[0016] En el contexto de la invención, el término «analizar» remite a una de las acciones siguientes: identificar la frecuencia de componentes de frecuencia de una señal y determinar las amplitudes de componentes de frecuencia de una señal.
[0017] El dispositivo 10 de análisis está adaptado así para identificar la frecuencia de componentes de frecuencia de una señal y adaptado para determinar las amplitudes de componentes de frecuencia de una señal.
[0018] El dispositivo 10 de análisis es así un analizador de espectro.
[0019] En el ejemplo descrito, el dispositivo 10 de análisis es un dispositivo de análisis de una señal de hiperfrecuencia, presentando una señal de hiperfrecuencia una frecuencia comprendida entre 1 MHz y varios 100 GHz.
[0020] El dispositivo 10 incluye un cristal 12 de diamante, una unidad de excitación 14, una unidad de inyección de la señal para analizar 16, un generador de campo magnético 18 y un detector 20 formado por contactos 26 y un circuito de lectura 28 que incluye un conjunto de unidades de tratamiento 30.
[0021] El cristal 12 de diamante presenta una malla cristalina. Los niveles de energía se caracterizan por una banda de valencia y una banda de conducción.
[0022] El cristal 12 comprende centros NV en la malla cristalina.
[0023] Los centros NV están presentes cerca de la superficie o en volumen.
[0024] Cada centro NV está constituido por un átomo de nitrógeno sustituido por un átomo de carbono y acoplado a un hueco, constituyendo el par átomo de nitrógeno y hueco un centro coloreado en la malla cristalina.
[0025] Más en concreto, un centro NV es un defecto puntual de la malla cristalina del diamante, formado por un átomo de nitrógeno (N) que se sustituye por un átomo de carbono y al cual se acopla un hueco en un sitio adyacente de la malla cristalina (V, de «vacancy» significa «hueco» en español).
[0026] La obtención de centros NV en el diamante se controla bien. Los diamantes de gran tamaño se producen por un procedimiento CVD (por Chemical Vapor Deposition, en inglés, que significa literalmente «deposición química en fase de vapor») normalmente en forma de paralelepípedos de varios milímetros de lado y de varios centenares de micrómetros de grosor. Los centros NV pueden crearse por implantación iónica de átomos de nitrógeno. Los centros NV pueden crearse también incorporando nitrógeno de manera controlada en el curso del crecimiento del diamante por el procedimiento de «dopado in situ». Al final, el diamante es recocido (800°C) para que los huecos se recombinen con las impurezas de nitrógeno para formar los centros NV. Los centros NV se crean en volumen o en capas uniformes cerca de la superficie.
[0027] El conjunto nitrógeno más hueco que forma el centro NV constituye así un "átomo artificial", incorporado dentro de la matriz de diamante y detectable a escala individual. Un centro NV posee una localización muy precisa que no varía en el tiempo.
[0028] El centro NV puede existir con varios estados de carga diferentes. El estado usado en el ejemplo descrito es el centro NV-, que ha capturado un electrón suplementario con respecto a su estado neutro. El centro NV- presenta una resonancia de espín electrónico correspondiente a las transiciones entre el nivel ms= 0 y los niveles ms = -1 y ms = 1 de los niveles fundamental 3A2 y excitado 3E. En ausencia de campo magnético, los niveles ms = -1 y ms = 1 se degeneran. La aplicación de un campo magnético exterior se traduce en un aumento de la tendencia a la degeneración por efecto Zeeman entre los niveles de espín ms = -1 y ms = 1, tanto para el nivel fundamental 3A2 como para el nivel excitado 3E. El efecto Zeeman da lugar a un acoplamiento entre el campo magnético exterior y el momento magnético de los electrones que conllevan el aumento de la tendencia a la degeneración. El cristal 12 de diamante presenta al menos una zona que incluye varias subzonas cada una de las cuales tiene una frecuencia de resonancia entre los niveles de energía del centro NV en la que, para cada una de las subzonas, cuando la subzona está en presencia de una excitación óptica o eléctrica, se generan cargas en la banda de conducción. En presencia de una señal de hiperfrecuencia que presenta al menos una frecuencia igual a la frecuencia de resonancia de la subzona, la cantidad de cargas transferidas en la banda de conducción se modifica.
[0029] Ventajosamente, el cristal 12 es de geometría plana, incluyendo el plano dos direcciones indicadas por los ejes X e Y en la figura 1. En lo sucesivo, la primera dirección se denomina primera dirección X y la segunda dirección se denomina segunda dirección Y.
[0030] La unidad de excitación 14 es capaz de excitar cada subzona.
[0031] Más en concreto, la unidad de excitación 14 es capaz de excitar los centros NV contenidos en las subzonas.
[0032] Según la realización de la figura 1, la unidad de excitación 14 es capaz de excitar cada subzona con una excitación óptica.
[0033] La unidad de excitación 14 es un diodo láser.
[0034] El diodo láser es capaz de emitir en el campo visible, especialmente en una banda de longitud de ondas comprendida entre 400 nanómetros (nm) y 650 nm.
[0035] El diodo láser está en contacto con el cristal 12.
[0036] Más en general, la unidad de excitación 14 es una fuente luminosa, especialmente un láser de bombeo, tal como un diodo láser.
[0037] La unidad de inyección 16 es capaz de inyectar una señal que se va a analizar para que cada subzona esté en presencia de la señal a analizar.
[0038] Según la realización descrita, la unidad de inyección 16 es una antena emisora 22 y un cable 24.
[0039] La antena emisora 22 está dispuesta cerca del cristal 12 y emite la señal para analizar.
[0040] La antena emisora 22 comprende, por ejemplo, un bucle que asegura la obtención de un campo uniforme en el cristal 12.
[0041] El cable 24 es un cable coaxial.
[0042] La señal para analizar proviene del cable 24 coaxial, en el que circula la señal.
[0043] Según una realización particular, el cable 24 está conectado a una antena receptora para captar mejor la señal.
[0044] El generador de campo magnético 18 está configurado para generar un campo magnético en cada subzona, presentando el campo magnético una variación espacial de amplitud según la primera dirección X.
[0045] Ventajosamente, la variación espacial de amplitud del campo magnético es monótona.
[0046] Según una realización, la variación espacial es una variación lineal.
[0047] Por ejemplo, el generador de campo magnético 18 es capaz de aplicar un gradiente de campo de varios centenares de T/m.
[0048] Según un caso particular, el generador de campo magnético 18 es un imán de neodimio.
[0049] Como se indica anteriormente, el detector 20 incluye contactos 26 y un circuito de lectura 28.
[0050] El detector 20 es capaz de detectar la frecuencia de resonancia de cada subzona de la zona.
[0051] Más en concreto, el detector 20 incluye un contacto 26 eléctrico para cada subzona cuyo detector 20 es capaz de detectar la frecuencia de resonancia.
[0052] Cada contacto 26 eléctrico es capaz de detectar las cargas creadas en la subzona considerada en la banda de conducción del diamante para obtener una señal cuando la subzona está simultáneamente en presencia de una excitación óptica o eléctrica que proviene de la unidad de excitación 14 y de una señal inyectada por la unidad de inyección 16.
[0053] Debido a este papel de recogida de carga o cargas, el contacto 26 eléctrico puede designarse también con el término de electrodo.
[0054] Además, debe observarse que cada contacto 26 puede incluir una pluralidad de puntos de contactos con el cristal (véase especialmente la figura 2 descrita posteriormente).
[0055] El número de contactos 26 determina la resolución en frecuencia del detector 20.
[0056] Según el ejemplo descrito, los contactos 26 metálicos son pistas de oro con un enganche en el cristal 12 de tungsteno.
[0057] Los contactos 26 se depositan sobre el cristal 12 de diamante, por ejemplo por una técnica de litografía.
[0058] La distancia entre dos contactos 26 se denota por dcontacto.
[0059] La distancia entre dos contactos 26 se define como la distancia mínima entre dos puntos de los contactos 26.
[0060] Ventajosamente, la distancia entre dos contactos 26 es la misma para todos los contactos 26.
[0061] Según el ejemplo descrito, la distancia dcontacto entre dos contactos 26 está comprendida entre 10 nanómetros (nm) y 50 micrómetros (pm).
[0062] La distancia dcontacto entre dos contactos 26 y la resolución deseada permite deducir el tamaño del cristal 12. Normalmente, una distancia dcontacto entre dos contactos 26 de 1,0 pm y una resolución en frecuencia de 1/1.0003 de la anchura de la banda espectral de la señal a analizar conduce a una longitud de cristal 12 de 1 mm.
[0063] Cada carga recogida por un contacto 26 forma una señal obtenida.
[0064] El circuito de lectura 28 es capaz de convertir cada señal obtenida por los contactos 26 en una señal convertida, de manera que cada señal convertida es apta para la frecuencia de resonancia de la subzona y depende de la amplitud de la componente de frecuencia correspondiente. Esta función está constituida por una parte constante relacionada con la señal de fondo producida por el centro NV y por una parte proporcional a la amplitud de la componente de frecuencia medida y que se resta del fondo. Para tener una señal directamente proporcional a la amplitud de la componente de frecuencia medida, es preciso tratar la señal para restar el fondo.
[0065] Formulado en otros términos, el circuito de lectura 28 es una parte de tratamiento capaz de tratar cada señal eléctrica analógica que proviene de una pluralidad de detectores. El tratamiento incluye, por ejemplo, una amplificación o una digitalización. La parte de tratamiento comprende, para cada detector, una unidad de tratamiento 30 específica.
[0066] La separación entre las unidades de tratamientos 30 se denominará en lo sucesivo «paso».
[0067] El circuito de lectura 28 es de silicio.
[0068] Por ejemplo, el circuito de lectura 28 es un circuito CMOS (del inglés «Complementary Metal Oxide Semiconductor», que remite al término «semiconductor de óxido de metal complementario»).
[0069] Como variante, el circuito de lectura 28 es un dispositivo de transferencia de carga también designado por el acrónimo CCD (del inglés «charge-coupled device«, o en español «dispositivo de transferencia de carga»).
[0070] A modo de ejemplo, el circuito de lectura 28 es un amplificador transimpedancia que permite leer la corriente en una resistencia de carga o un amplificador de carga que permite leer la carga de una capacidad. Dicho circuito de lectura 28 es conocido porque funciona a bajo ruido y está adaptado a la detección de cargas bajas.
[0071] El circuito de lectura 28 está conectado a los contactos 26 para convertir cada señal obtenida en una señal convertida, de manera que cada señal convertida depende de la amplitud de la componente de frecuencia correspondiente a la frecuencia de resonancia de la subzona.
[0072] Esto significa que cada contacto 26 está conectado a una unidad de tratamiento 30 respectiva del circuito de lectura 28.
[0073] Por ejemplo, cada unidad de tratamiento 30 está conectada por un hilo 31 a un contacto 26 respectivo.
[0074] Como variante, cada unidad de tratamiento 30 está conectada por un área de contactos de indio a un contacto 26 respectivo.
[0075] En esta variante, el paso es igual a la distancia dcontacto entre los contactos 26.
[0076] Según otra realización, el detector 20 incluye, además, un circuito impreso (también designado por el acrónimo PCB que remite al término inglés de «printed circuit board«).
[0077] El circuito impreso conecta el circuito de lectura 28 a los contactos 26.
[0078] Más en concreto, el circuito impreso incluye pistas conductoras, estando cada contacto 26 conectado a una unidad de tratamiento 30 respectiva por medio de una pista conductora.
[0079] A continuación se describirá el funcionamiento del dispositivo 10 de análisis en referencia a un ejemplo de implementación de un procedimiento de análisis de una señal.
[0080] El procedimiento incluye una etapa de excitación, una etapa de inyección, una etapa de generación y una etapa de detección, de manera que estas etapas se implementan simultáneamente.
[0081] Durante la etapa de excitación, la unidad de excitación 14 excita ópticamente cada subzona del cristal 12 de diamante.
[0082] Los electrones de los centros NV son así bombeados ópticamente en la banda de conducción.
[0083] Durante la etapa de inyección, la unidad de inyección 16 inyecta una señal a analizar para que cada subzona esté en presencia de la señal.
[0084] Durante la etapa de generación, el generador de campo magnético 18 genera un campo magnético en cada subzona.
[0085] El campo magnético modifica la frecuencia de resonancia en cada subzona por efecto Zeeman.
[0086] Las etapas de excitación, de inyección y de generación son implementadas simultáneamente para que cada subzona esté simultáneamente en presencia de la excitación óptica, de una señal inyectada y del campo magnético.
[0087] Cuando la subzona está simultáneamente en presencia de una excitación óptica y de una señal que presenta al menos una frecuencia igual a la frecuencia de resonancia de la subzona, se produce una modificación del número de cargas generadas en la banda de conducción, lo que permite la detección de la señal.
[0088] Durante la etapa de detección, se detecta la amplitud de la componente de frecuencia a la frecuencia de resonancia de cada subzona. Así, la etapa de detección es una detección fotoeléctrica del estado de espín de los electrones de los centros NV del cristal 12 de diamante.
[0089] Para ello, cada contacto 26 recoge las cargas generadas en la banda de conducción por los centros NV. Se obtiene así una señal para cada contacto 26.
[0090] La señal es conducida o transferida hacia la unidad de tratamiento 30 a la que está conectado el contacto 26.
[0091] Cada señal es convertida así por la unidad de tratamiento 30.
[0092] La señal convertida depende de la componente de frecuencia a la frecuencia de resonancia de la subzona.
[0093] El procedimiento de análisis permite así analizar una señal de interés usando centros NV del diamante y una detección eléctrica de la señal de resonancia magnética aprovechando el efecto fotoeléctrico (también designado por el acrónimo PDMR).
[0094] En lo relativo a una detección óptica de la resonancia magnética (también designada por el acrónimo ODMR), el dispositivo 10 es un dispositivo 10 más compacto, ya que no está implicada ninguna unidad de lectura óptica, especialmente un microscopio.
[0095] Según una realización particular, la distancia dcontacto entre dos contactos 26 es inferior a 300 nm, lo que permite obtener una mejor resolución que una detección óptica. De hecho, dicha distancia es inferior al límite de resolución óptica.
[0096] El dispositivo 10 de análisis permite hacer una detección instantánea de la totalidad de la señal para analizar. El dispositivo 10 es así más rápido que un sistema de barrido clásico. Además, por su sencillez, el dispositivo 10 es menos costoso y más compacto.
[0097] El dispositivo 10 de análisis es así un dispositivo en estado sólido, compacto y que funciona a temperatura ambiente.
[0098] Se propone otra realización del dispositivo 10 de análisis en referencia a la figura 2.
[0099] El dispositivo 10 de análisis en este caso es similar al dispositivo 10 de análisis de la figura 1. En lo sucesivo, los elementos idénticos no se repiten. Solo se subrayan las diferencias.
[0100] En dicho caso, cada contacto 26 está formado por dos electrodos interdigitados 32.
[0101] Los electrodos interdigitados 32 son un par de redes en forma de peine, de manera que cada diente del peine es un electrodo. Los pares de redes están imbricados entre sí, de manera que entre dos electrodos de la primera red se encuentra un electrodo de la segunda red.
[0102] Como anteriormente, cada par de red está conectado a una sola unidad de tratamiento 30 del circuito de lectura 28.
[0103] Además, debe observarse que el punto medio se define como el electrodo del medio de la red de electrodos interdigitados 32.
[0104] En el ejemplo descrito puede definirse una dirección para cada electrodo interdigitado 32, siendo las direcciones paralelas.
[0105] Además, las direcciones son según la segunda dirección Y que es perpendicular a la dirección de aplicación del gradiente de campo magnético.
[0106] El funcionamiento del dispositivo 10 de análisis según la figura 2 es similar al del dispositivo 10 de la figura 1 salvo porque el empleo de dichos electrodos interdigitados 32 permite aplicar además un campo de excitación adicional. La amplitud de campo de excitación corresponde a varios voltios.
[0107] El dispositivo 10 según la figura 2 presenta las mismas ventajas que el dispositivo 10 según la figura 1.
[0108] Además, como los electrodos están interdigitados según la segunda dirección Y, el volumen ocupado se reduce y la eficacia de la recogida de cargas se mejora, lo que da como resultado una mejora en la relación señalruido del dispositivo 10.
[0109] Normalmente se espera un aumento en un factor 50 de la señal detectada.
[0110] Pueden contemplarse otras realizaciones para mejorar la recogida de la señal útil.
[0111] Especialmente, cualquier realización tendente a alinear el eje de los centros NV, la primera dirección X y la dirección de propagación de la excitación óptica o eléctrica es favorable para la recogida de la señal útil.
[0112] Por ejemplo, para ello, un cristal 12 de diamante es una capa que presenta un eje 111 según el cual están alineados los centros NV, de manera que el eje 111 pertenece al plano en el que se extiende principalmente el cristal 12 de diamante.
[0113] A falta de tener dicho cristal 12, es posible partir de un cristal 12 comercial que tenga facetas 110 y un grosor típico de 500 pm. Tallándolo de manera adecuada, se obtiene un cristal 12 del orden de 500 pm de largo con la orientación correcta.
[0114] También es posible usar un cristal 12 cuyos centros NV estén todos orientados según un solo eje 111, lo que puede obtenerse mediante el control del crecimiento. Si la calidad cristalina no es suficiente, también se usa un cristal 12 cuyo crecimiento se efectúe según 113 durante el crecimiento para beneficiarse de la orientación preferente de los centros NV y tallar posteriormente según la dirección 111.
[0115] Ventajosamente, el generador de campo magnético 18 está configurado para que la amplitud del campo magnético sea constante según una dirección perpendicular Z perpendicular al plano del cristal 12 así como para la segunda dirección Y en el plano del cristal 12. Esta característica se obtiene para imanes largos en la dirección perpendicular Z y la segunda dirección Y, lo que impone la invariancia del campo magnético según estas direcciones. Se permite así que la integridad de los centros NV situados según la dirección perpendicular Z y la segunda dirección Y y que tengan la misma coordenada a lo largo de la primera dirección X tengan la misma frecuencia de resonancia. Por tanto, es posible sumar todas sus contribuciones para formar la señal de recogida, lo que permite aumentar la señal detectada y mejorar la relación señal-ruido.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo (10) de análisis de frecuencia de una señal que comprende:
- un cristal (12) de diamante que presenta una malla cristalina, una banda de valencia y una banda de conducción, comprendiendo el cristal (12) centros NV en la malla cristalina, estando cada centro Nv constituido por un átomo de nitrógeno sustituido por un átomo de carbono y acoplado a un hueco, constituyendo el par átomo de nitrógeno y hueco un centro coloreado en la malla cristalina, presentando el cristal (12) de diamante al menos una zona que incluye varias subzonas cada una de las cuales tiene una frecuencia de resonancia entre los niveles de energía del centro NV- en la que, para cada una de las subzonas, cuando la subzona está en presencia de una excitación óptica o eléctrica, se generan cargas en la banda de conducción, y, en presencia de una señal que presenta al menos una frecuencia igual a la frecuencia de resonancia de la subzona, la cantidad de cargas varía con la amplitud de la componente de frecuencia de la señal a la frecuencia de resonancia,
- una unidad de excitación (14) capaz de excitar óptica o eléctricamente cada subzona,
- una unidad de inyección (16) capaz de inyectar una señal para que la subzona esté en presencia de la señal, - un generador de campo magnético (18) configurado para generar un campo magnético en cada subzona, presentando el campo magnético una variación espacial de amplitud según una primera dirección, y
- un detector (20) capaz de detectar la frecuencia de resonancia de cada subzona de la zona, estando el detector (20) caracterizado porque el detector (20) incluye:
-un contacto (26) eléctrico para cada subzona cuyo detector (20) es capaz de detectar la frecuencia de resonancia, siendo cada contacto (26) eléctrico capaz de detectar las cargas creadas en la subzona considerada en la banda de conducción del cristal (12) para obtener una señal cuando la subzona está simultáneamente en presencia de una excitación óptica o eléctrica que proviene de la unidad de excitación (14) y de una señal inyectada por la unidad de inyección (16), y
-un circuito de lectura (28) de silicio conectado a los contactos (26) para convertir cada señal obtenida en una señal convertida, de manera que cada señal convertida depende de la amplitud de la componente de frecuencia a la frecuencia de resonancia de la subzona.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la distancia entre dos contactos (26) es inferior a 300 nanómetros.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, en el que el circuito de lectura (28) es un circuito CMOS.
4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el circuito de lectura (28) incluye una pluralidad de unidades de tratamiento (30), estando cada unidad de tratamiento (30) conectada a un contacto (26) respectivo.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que cada unidad de tratamiento (30) está conectada a un contacto (26) respectivo por un área de contactos de indio o por un hilo (31).
6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el detector (20) incluye, además, un circuito impreso, de manera que el circuito impreso conecta el circuito de lectura (28) con los contactos (26).
7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que cada contacto (26) está formado por dos electrodos interdigitados (32) según una segunda dirección (Y), siendo la segunda dirección (Y) perpendicular a la primera dirección (X).
8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el cristal (12) es una capa que se extiende principalmente según un plano y que presenta un eje 111, de manera que el eje 111 pertenece al plano.
9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el número de contactos es superior a 500.
10. Procedimiento de análisis de frecuencia de una señal, incluyendo el procedimiento al menos las etapas siguientes:
- suministrar un cristal (12) de diamante que presenta una malla cristalina, una banda de valencia y una banda de conducción, comprendiendo el cristal (12) centros NV en la malla cristalina, estando cada centro NV constituido por un átomo de nitrógeno sustituido por un átomo de carbono y acoplado a un hueco, de manera que el par átomo de nitrógeno y hueco constituye un centro coloreado en la malla cristalina, presentando el cristal (12) al menos una zona que incluye varias subzonas cada una de las cuales tiene una frecuencia de resonancia entre los niveles de energía del centro NV' en la que, para cada una de las subzonas, cuando la subzona está simultáneamente en presencia de una excitación óptica o eléctrica y de una señal que presenta al menos una frecuencia igual a la frecuencia de resonancia de la subzona, aparece una modificación de la cantidad de cargas generadas en la banda de conducción;
- excitar óptica o eléctricamente cada subzona del cristal (12) de diamante,
- inyectar una señal para que la subzona esté en presencia de la señal,
- generar un campo magnético en cada subzona, presentando el campo magnético una variación espacial de amplitud según una primera dirección (X), y
- detectar la frecuencia de resonancia de cada subzona de la zona, estando el procedimiento caracterizado porque la etapa de detectar la frecuencia de resonancia de cada subzona de la zona se implementa:
- detectando las cargas creadas en cada subzona en la banda de conducción del diamante con ayuda de un contacto (26) eléctrico capaz de cada subzona, para obtener una señal y
- convirtiendo cada señal obtenida en una señal convertida con un circuito de lectura (28) de silicio conectado a los contactos (26), de manera que cada señal convertida depende de la componente de frecuencia de la señal a la frecuencia de resonancia de la subzona.
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