RU2601734C1 - Method of measuring magnetic field - Google Patents

Method of measuring magnetic field Download PDF

Info

Publication number
RU2601734C1
RU2601734C1 RU2015133899/28A RU2015133899A RU2601734C1 RU 2601734 C1 RU2601734 C1 RU 2601734C1 RU 2015133899/28 A RU2015133899/28 A RU 2015133899/28A RU 2015133899 A RU2015133899 A RU 2015133899A RU 2601734 C1 RU2601734 C1 RU 2601734C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
spin
curve
centers
quadruplet
Prior art date
Application number
RU2015133899/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Андреевич Бабунц
Марина Викторовна Музафарова
Андрей Николаевич Анисимов
Анна Павловна Бундакова
Данил Олегович Толмачев
Георгий Владимирович Астахов
Виктор Андреевич Солтамов
Павел Георгиевич Баранов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2015133899/28A priority Critical patent/RU2601734C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2601734C1 publication Critical patent/RU2601734C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to methods of measuring magnetic field and includes affecting a silicon carbide crystal of hexagonal or rhombic polytype containing spin centers with the main quadruplet spin state, along its crystallographic axis of symmetry with focused laser radiation, low-frequency alternating magnetic field and permanent magnetic field. Herewith luminescence intensity is measured of the spin centers with the main quadruplet spin state at different values of constant magnetic field. Within the luminescence intensity change area read is the first curve of dependence of change of the luminescence intensity on constant magnetic field value and calibrated is the first curve by known value of the magnetic field in the flex point of the first curve. Then placed on the said silicon carbide crystal surface is an investigated sample and the luminescence intensity is measured of the spin centers with the main quadruplet spin state at different values of constant magnetic field. Within the luminescence intensity change area read is the second curve of dependence of change of the luminescence intensity on constant magnetic field value and the value of magnetic field created by the analyzed sample in the focal point of laser radiation is determined by the value of the horizontal shift of the second curve relative to the first curve.
EFFECT: technical result is the increase of accuracy of measurements, as well as elimination of heating of the analyzed object.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области измерения локальных слабых магнитных полей в квантовой оптике, биомедицине, 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 measuring local weak magnetic fields in 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 важнейшей проблемой в различных областях, начиная от фундаментальной физики и материаловедения до хранения данных и биомедицинской науки. Например, на расстоянии 10 нм спин одного электрона создает магнитное поле около 1 мТл, и соответствующее поле из одного протона создает несколько нТл. Датчик, способный обнаружить такие магнитные поля с нанометровым пространственным разрешением, найдет широкую область применения, начиная от 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 способы измерения магнитных полей.The detection of weak magnetic fields with high spatial resolution at the level of micro- and nanometers is the most important problem in various fields, ranging from fundamental physics and materials science to data storage and biomedical science. For example, at a distance of 10 nm, the spin of one electron creates a magnetic field of about 1 mT, and the corresponding field of one proton creates several nT. A sensor capable of detecting such magnetic fields with nanometer spatial resolution will find a wide range of applications, from detecting magnetic resonance signals from individual electronic or nuclear spins in complex biological molecules to reading classical or quantum bits of information encoded in electronic or nuclear spin memory. A special role in magnetometry is played by optical methods for measuring magnetic fields.

Известен способ измерения магнитного поля с использованием взаимодействия резонансного света с атомными парами (см. D. Budker and М.V. Romalis. - Optical Magnetometry. - Nature Physics, V. 3, p. 227-234, 2007) и без криогенной техники. Известный способ включает наполнение парами щелочного металла измерительной ячейки, подачу циркулярно-поляризованного света, совпадающего по энергии с одним из оптических переходов в щелочном металле, поляризацию электронных спинов щелочного металла под действием света, приложение резонансного радиочастотного поля, вызывающее изменение поляризации электронных спинов, регистрацию изменения в оптическом пропускании ячейки в момент магнитного резонанса в измеряемом магнитном поле, измерение частоты магнитного резонанса и определение величины магнитного поля по частоте магнитного резонанса в соответствии с зеемановским сдвигом спиновых уровней в измеряемом магнитном поле.A known method of measuring the magnetic field using the interaction of resonant light with atomic pairs (see D. Budker and M.V. Romalis. - Optical Magnetometry. - Nature Physics, V. 3, p. 227-234, 2007) and without cryogenic technology . The known method includes filling alkali metal vapors with a measuring cell, supplying circularly polarized light that coincides in energy with one of the optical transitions in the alkali metal, polarizing the electron spins of the alkali metal under the influence of light, applying a resonant radio-frequency field that causes a change in the polarization of electronic spins, detecting the change in the optical transmission of the cell at the time of magnetic resonance in the measured magnetic field, the measurement of the frequency of the magnetic resonance and determined e of the magnetic field at the magnetic resonance frequency in accordance with the Zeeman shift of the spin levels in the measured magnetic field.

Известный способ измерения магнитного поля, основанный на спиновых свойствах паров щелочных элементов, позволяет измерять магнитные поля с чрезвычайно высокой чувствительностью. Однако для эффективного взаимодействия с резонансным светом он требует использования сравнительно больших объемов атомных паров (измерительной ячейки с атомными парами), которые определяются ограничениями, обусловленными столкновениями активных атомов и потерей когерентности при таких столкновениях. Эти размеры не могут быть меньше миллиметровых значений. Поэтому известный способ не может обеспечить измерение распределения магнитных полей с микронным и тем более субмикронным разрешением.The known method of measuring the magnetic field, based on the spin properties of the vapors of alkaline elements, allows you to measure magnetic fields with extremely high sensitivity. However, for effective interaction with resonant light, it requires the use of relatively large volumes of atomic vapors (a measuring cell with atomic vapors), which are determined by the limitations caused by collisions of active atoms and loss of coherence in such collisions. These sizes cannot be less than millimeter values. Therefore, the known method cannot provide a measurement of the distribution of magnetic fields with micron and especially submicron resolution.

После открытия излучающих свойств азотно-вакансионных центров (NV центров) в алмазе, позволяющих оптически регистрировать магнитный резонанс в основном состоянии этих центров при комнатной температуре вплоть до регистрации магнитного резонанса на одиночных центрах (см. A. Gruber, А. Drabenstedt, С. Tietz, L. Fleury, J. Wrachtrup, С. Von Borczyskowski. - Scanning Confocal Optical Microscopy and Magnetic Resonance on Single Defect Centers. - Science, V. 276, pp. 2012-2014, 1997; J. Wrachtrup, F. Jelezko. - Processing quantum information in diamond. - Journ. Phys.: Condens. Matter, V. 18, S807, 2006), появилась возможность создания квантовых сенсоров для измерения магнитных полей с наноразмерным разрешением. Отдельный NV центр представляет собой вакансию углерода (V) в ближайшей координационной сфере, в которой один из четырех атомов углерода заменен атомом азота (N). NV центры характеризуются основным триплетным спиновым состоянием (S=1), в котором оптически создается неравновесное заполнение спиновых уровней. При этом изменение заполнения спиновых уровней под действием резонансного СВЧ излучения, с которым взаимодействует спиновая система NV центров, регистрируется оптически по изменению люминесценции NV центров. Способ магнитометрии с спиновыми NV центрами основан на оптическом детектировании магнитного резонанса (ОДМР) во внешнем магнитном поле, которое необходимо измерить.After the discovery of the emitting properties of nitrogen-vacancy centers (NV centers) in diamond, which allow optical detection of magnetic resonance in the ground state of these centers at room temperature until the detection of magnetic resonance at single centers (see A. Gruber, A. Drabenstedt, C. Tietz , L. Fleury, J. Wrachtrup, C. Von Borczyskowski. - Scanning Confocal Optical Microscopy and Magnetic Resonance on Single Defect Centers. - Science, V. 276, pp. 2012-2014, 1997; J. Wrachtrup, F. Jelezko. - Processing quantum information in diamond. - Journ. Phys .: Condens. Matter, V. 18, S807, 2006), it became possible to create quantum sensors for measuring magnetic fields with nan dimensional resolution. A separate NV center is a carbon (V) vacancy in the nearest coordination sphere, in which one of the four carbon atoms is replaced by a nitrogen (N) atom. NV centers are characterized by the ground triplet spin state (S = 1), in which nonequilibrium filling of spin levels is optically created. In this case, a change in the filling of spin levels under the influence of resonant microwave radiation with which the spin system of NV centers interacts is detected optically from a change in the luminescence of NV centers. The method of magnetometry with spin NV centers is based on the optical detection of magnetic resonance (ODMR) in an external magnetic field, which must be measured.

Известен способ измерения магнитного поля с использованием NV центров в алмазе при комнатной температуре (G. Balasubramanian, I.Y. Chan, R. Kolesov, M. Al-Hmoud, J. Tisler, C. Shin, C. Kim, A. Wojcik, P.R. Hemmer, A. Krueger, T. Hanke, A. Leitenstorfer, R. Bratschitsch, F. Jelezko, J. Wrachtrup. - Nanoscale imaging magnetometry with diamond spins under ambient conditions, Nature, V. 455, pp. 648-651, 2008). Способ включает следующую последовательность операций: излучение лазера фокусируют на активный материал - кристалл алмаза с NV центрами, в точке измерения магнитного поля и воздействуют на активный материал внешним постоянным магнитным полем; подают СВЧ излучение с энергией, близкой к величине расщепления тонкой структуры для NV центров (2,8 ГГц), которое взаимодействует со спиновой системой NV центров; регистрируют фотолюминесценцию NV центров; изменяют частоту СВЧ излучения и измеряют частоты, при которых наблюдается изменение интенсивности люминесценции NV центров, обусловленное магнитным резонансом на спиновых уровнях NV центров; измеряют частоту магнитного резонанса и определяют величину магнитного поля по частоте магнитного резонанса в соответствии с зеемановским сдвигом спиновых уровней в измеряемом магнитном поле.A known method of measuring the magnetic field using NV centers in diamond at room temperature (G. Balasubramanian, IY Chan, R. Kolesov, M. Al-Hmoud, J. Tisler, C. Shin, C. Kim, A. Wojcik, PR Hemmer , A. Krueger, T. Hanke, A. Leitenstorfer, R. Bratschitsch, F. Jelezko, J. Wrachtrup. - Nanoscale imaging magnetometry with diamond spins under ambient conditions, Nature, V. 455, pp. 648-651, 2008) . The method includes the following sequence of operations: the laser radiation is focused on the active material - a diamond crystal with NV centers, at the point of measurement of the magnetic field and affect the active material with an external constant magnetic field; supplying microwave radiation with an energy close to the fine structure splitting for NV centers (2.8 GHz), which interacts with the spin system of NV centers; register the photoluminescence of NV centers; change the frequency of microwave radiation and measure the frequencies at which there is a change in the luminescence intensity of the NV centers, due to magnetic resonance at the spin levels of the NV centers; measure the frequency of the magnetic resonance and determine the magnitude of the magnetic field from the frequency of the magnetic resonance in accordance with the Zeeman shift of spin levels in the measured magnetic field.

Недостатком известного способа является использование алмазов с NV центрами в качестве активного материала для измерения магнитных полей, технология получения которого чрезвычайно дорогостоящая и относительно слабо развита. Кроме того, используется оптический диапазон в видимой области, который плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. Способ основан на измерении частотных отклонений, зависящих от расщепления Зеемановских уровней для триплетного состояния (S=1), которое существенно меньше, чем для большего спина, например, квадруплетного состояния (S=3/2). Расщепление тонкой структуры для NV центров в алмазе существенно зависит от температуры и напряжений в кристалле алмаза, что понижает точность измерений магнитного поля и требует дополнительных усилий для исключения температурных эффектов. Также необходимо использовать СВЧ излучение, которое усложняет конструкцию, создает дополнительные шумы, а также приводит к нагреванию объекта исследования.The disadvantage of this method is the use of diamonds with NV centers as an active material for measuring magnetic fields, the technology for which is extremely expensive and relatively poorly developed. In addition, the optical range in the visible region is used, which does not fit well with silicon-based fiber optics, as well as with the transparency band of biological systems. The method is based on measuring frequency deviations depending on the splitting of the Zeeman levels for a triplet state (S = 1), which is significantly less than for a larger spin, for example, a quadruplet state (S = 3/2). The splitting of the fine structure for NV centers in diamond substantially depends on the temperature and stresses in the diamond crystal, which reduces the accuracy of magnetic field measurements and requires additional efforts to exclude temperature effects. It is also necessary to use microwave radiation, which complicates the design, creates additional noise, and also leads to heating of the object of study.

Известен способ измерения магнитного поля (см. заявка US 20100315079, МПК G01N 24/10, G01R 33/00, опубликована 16.12.2010), включающий воздействие на кристалл алмаза, содержащего спиновые центры в виде NV центров, оптическим излучением для выстраивания электронных спинов в магнитном поле; подачу импульсов сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения к системе электронных спинов таким образом, чтобы вызвать прецессию электронных спинов вокруг направления магнитного поля, которая должна быть зарегистрирована, измерение частоты этой прецессии, которая линейно зависит от магнитного поля вследствие сдвига спиновых уровней благодаря эффекту Зеемана; и регистрацию выходного оптического излучения (фотолюминесценции) из системы электронных спинов в алмазе после того, как система электронных спинов в твердом теле подверглась возбуждению оптическим и СВЧ излучением, определение зеемановского сдвига и, таким образом, определение измеряемого магнитного поля из выходного излучения.A known method of measuring the magnetic field (see application US 20100315079, IPC G01N 24/10, G01R 33/00, published December 16, 2010), which involves exposing a diamond to a crystal containing spin centers in the form of NV centers with optical radiation to align electronic spins in magnetic field; applying microwave pulses to the electron spin system in such a way as to cause a precession of electron spins around the direction of the magnetic field to be detected, measuring the frequency of this precession, which is linearly dependent on the magnetic field due to a shift of the spin levels due to the Zeeman effect; and detecting the output optical radiation (photoluminescence) from the electron spin system in diamond after the electron spin system in the solid has been excited by optical and microwave radiation, determining the Zeeman shift and thus determining the measured magnetic field from the output radiation.

Недостатком этого способа является использование алмазов с NV центрами в качестве активного материала для измерения магнитных полей, технология получения которого чрезвычайно дорогостоящая и относительно слабо развита. Кроме того, в способе используют оптический диапазон в видимой области, который плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. В известном способе необходимо использовать сравнительно мощное микроволновое излучение, что усложняет способ, создает дополнительные шумы.The disadvantage of this method is the use of diamonds with NV centers as an active material for measuring magnetic fields, the technology for which is extremely expensive and relatively poorly developed. In addition, the method uses 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. In the known method, it is necessary to use a relatively powerful microwave radiation, which complicates the method, creates additional noise.

Известен способ измерения магнитного поля (см. заявка ЕР 2837930, МПК G01N 21/64, G01N 24/10, G01R 33/24, опубликована 18.02.2015), включающий воздействие оптического излучения на алмаз, содержащий NV центры, для выстраивания электронных спинов в определенном спиновом состоянии; воздействие непрерывным СВЧ излучением или импульсами СВЧ излучения на алмаз, содержащий NV центры, таким образом, чтобы вызвать переходы между электронными спиновыми состояниями NV центров для конкретных значений частоты СВЧ излучения, которые зависят от измеряемого магнитного поля, и регистрацию интенсивности выходного оптического излучения, выходящего из алмаза, содержащего NV центры, таким образом, чтобы определить зеемановский сдвиг и, следовательно, магнитное поле.A known method of measuring the magnetic field (see application EP 2837930, IPC G01N 21/64, G01N 24/10, G01R 33/24, published 02/18/2015), including the effect of optical radiation on a diamond containing NV centers, for aligning electronic spins in a certain spin state; the action of continuous microwave radiation or pulses of microwave radiation on a diamond containing NV centers, so as to cause transitions between the electronic spin states of the NV centers for specific values of the frequency of microwave radiation, which depend on the measured magnetic field, and the registration of the intensity of the output optical radiation emerging from diamond containing NV centers, so as to determine the Zeeman shift and therefore the magnetic field.

Известному способу измерения магнитного поля присущи те же недостатки, что были рассмотрены выше.The known method of measuring the magnetic field has the same disadvantages that were discussed above.

Недавно были обнаружены вакансионные спиновые центры в карбиде кремния (SiC) со свойствами, аналогичными NV центрам в алмазе, будем в дальнейшем также называть эти центры спиновыми центрами с основным квадруплетным спиновым состоянием (см. Н. Kraus, V.A. Soltamov, F. Fuchs, D. Simin, A. Sperlich, P.G. Baranov, G.V. Astakhov, V. Dyakonov; Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide, Scientific Reports, 2014), и предложен способ измерения магнитного поля, совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип основан на оптическом детектировании магнитного резонанса (ОДМР) на спиновых центрах с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния во внешнем магнитном поле, которое необходимо измерить. Спиновый центр с основным квадруплетным спиновым состоянием представляет собой отрицательно заряженную вакансию кремния (VSi-) со спином S=3/2, взаимодействующую с нейтральной вакансией углерода (VC0), 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 (780-850 нм) происходит выстраивание спинов таких спиновых центров, при этом создается неравновесное заполнение спиновых уровней. Изменение заполнения спиновых уровней при облучении кристалла высокочастотным (ВЧ) излучением с частотой магнитного резонанса приводит к изменению интенсивности люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в момент магнитного резонанса. Способ-прототип включает воздействие на кристалл карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, вдоль его кристаллографической оси с симметрии ВЧ излучением с энергией, близкой к величине расщепления тонкой структуры для спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием (20-150 МГц), магнитным полем исследуемого образца и сфокусированным лазерным излучением (с длиной волны 780-850 нм), при этом измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием при различной частоте ВЧ излучения, измеряют частоты ВЧ излучения в области изменения интенсивности люминесценции, обусловленного магнитным резонансом на спиновых уровнях спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием; измеряют частоту магнитного резонанса и определяют величину магнитного поля исследуемого образца по частоте магнитного резонанса в соответствии с зеемановским сдвигом спиновых уровней в измеряемом магнитном поле.Recently, vacancy spin centers in silicon carbide (SiC) have been discovered with properties similar to NV centers in diamond; hereinafter, these centers will also be called spin centers with the ground quadruplet spin state (see N. Kraus, VA Soltamov, F. Fuchs, D Simin, A. Sperlich, PG Baranov, GV Astakhov, V. Dyakonov; Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide, Scientific Reports, 2014), and a method for measuring the magnetic field that is consistent with this solution according to the largest number of essential features and taken as a prototype. The prototype method is based on optical detection of magnetic resonance (ODMR) at spin centers with the main quadruplet spin state in silicon carbide in an external magnetic field, which must be measured. The 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 not having a molecular bond with a silicon vacancy. Optical excitation in the near infrared range (780–850 nm) results in alignment of the spins of such spin centers, which creates a nonequilibrium filling of the spin levels. A change in the filling of spin levels upon irradiation of a crystal by high-frequency (HF) 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. The prototype method includes exposing a silicon carbide crystal to a hexagonal or rhombic polytype containing spin centers with the main quadruplet spin state S = 3/2 along its crystallographic axis with symmetry of RF radiation with an energy close to the fine structure splitting for spin centers with the main the quadruplet spin state (20-150 MHz), the magnetic field of the test sample and focused laser radiation (with a wavelength of 780-850 nm), while measuring the intensity of the spin luminescence x centers with the ground quadruplet spin state at different frequencies of the RF radiation, measure the frequencies of the RF radiation in the region of variation in the luminescence intensity due to magnetic resonance at the spin levels of the spin centers with the ground quadruplet spin state; measure the frequency of the magnetic resonance and determine the magnitude of the magnetic field of the test sample by the frequency of the magnetic resonance in accordance with the Zeeman shift of spin levels in the measured magnetic field.

Спиновый гамильтониан Н, описывающий спиновые уровни спинового центра с основным квадруплетным спиновым состоянием в магнитном поле В, имеет видThe spin Hamiltonian H, which describes the spin levels of the spin center with the ground quadruplet spin state in magnetic field B, has the form

Н=geβeB.Sz+D[Sz2-1/3S(S+1)], Дж,H = g e β e BS z + D [S z 2 -1 / 3S (S + 1)], J,

где В - постоянное магнитное поле, Тл;where B is a constant magnetic field, T;

Sz - безразмерный оператор проекции электронного спина на направление внешнего магнитного поля;Sz is the dimensionless operator of projection of the electron spin onto the direction of the external magnetic field;

ge=2,002 - безразмерная величина, называемая g-фактором и характеризующая гиромагнитное отношение для электронного магнитного момента используемого спинового центра с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния;g e = 2,002 - a dimensionless quantity called the g-factor and characterizing the gyromagnetic ratio for the electronic magnetic moment of the used spin center with the ground quadruplet spin state in silicon carbide;

βе=9,2740·10-24 - магнетон Бора, Дж/Тл;β e = 9.2740 · 10 -24 - Bohr magneton, J / T;

D - расщепление тонкой структуры для спинового центра с основным квадрупольным спиновым состоянием в карбиде кремния, Дж (МГц), 1 Дж=1,509·1027 МГц; D=14 - в карбиде кремния политипа 6H-SiC, МГц; D=35 - в карбиде кремния политипа 4H-SiC, МГц.D — fine structure splitting for the spin center with the ground quadrupole spin state in silicon carbide, J (MHz), 1 J = 1.509 · 10 27 MHz; D = 14 - in silicon carbide polytype 6H-SiC, MHz; D = 35 - in silicon carbide polytype 4H-SiC, MHz.

Способ-прототип основан на измерении частотных отклонений, зависящих от расщепления зеемановских уровней для основного квадруплетного спинового состояния S=3/2 спиновых центров в карбиде кремния. Расщепление тонкой структуры для спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния, в отличие от NV центров в алмазе, практически не зависит от температуры и напряжений в кристалле карбида кремния, что повышает точность измерений магнитного поля и не требует дополнительных усилий для исключения температурных эффектов. Оси ансамбля спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния ориентированы вдоль гексагональной кристаллографической оси (с-оси), 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 центров, тогда как в карбиде кремния все центры с основным квадруплетным спиновым состоянием уже самой природой выстроены вдоль одной оси.The prototype method is based on measuring frequency deviations depending on the splitting of the Zeeman levels for the ground quadruplet spin state S = 3/2 of the spin centers in silicon carbide. The fine structure splitting for spin centers with the ground quadruplet spin state in silicon carbide, in contrast to NV centers in diamond, is practically independent of temperature and stresses in a silicon carbide crystal, which increases the accuracy of magnetic field measurements and does not require additional efforts to exclude temperature effects . 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 axis), 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, in one experiment, only one of the four centers can be measured, while in silicon carbide all centers with the ground quadruplet spin state are already aligned by nature itself along one axis.

Недостатком известного способа измерения магнитного поля является необходимость использования ВЧ излучения, что усложняет осуществление способа, а также создает дополнительные шумы и нагревает исследуемый объект, который помещается вплотную к кристаллу карбида кремния с спиновыми центрами с основным квадруплетным спиновым состоянием и в котором измеряется магнитное поле. Также необходимо использование дополнительного оборудования для создания ВЧ излучения и необходимость подвода ВЧ излучения в точку измерения магнитного поля с помощью петли или катушки.A disadvantage of the known method of measuring the magnetic field is the need to use RF radiation, which complicates the implementation of the method, and also creates additional noise and heats the test object, which is placed close to the silicon carbide crystal with spin centers with the main quadruplet spin state and in which the magnetic field is measured. It is also necessary to use additional equipment to create RF radiation and the need to supply RF radiation to the point of measurement of the magnetic field using a loop or coil.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого способа измерения магнитного поля, который бы был более прост в использовании и в котором исключалось бы использование ВЧ излучения и, следовательно, исключался бы нагрев объекта, магнитное поле которого измеряют.The present invention was the development of such a method of measuring the magnetic field, which would be easier to use and which would exclude the use of RF radiation and, therefore, would exclude heating of the object whose magnetic field is measured.

Поставленная задача решается тем, что способ измерения магнитного поля включает воздействие на кристалл карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, вдоль его кристаллографической оси с симметрии сфокусированным лазерным излучением, переменным магнитным полем низкой частоты, постоянным магнитным полем. При этом измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием при различной величине постоянного магнитного поля. В области изменения интенсивности люминесценции снимают первую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля, градуируют первую кривую по известному значению величины магнитного поля в точке перегиба первой кривой. Затем помещают на поверхность упомянутого выше кристалла карбида кремния исследуемый образец и измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием при различной величине постоянного магнитного поля. В области изменения интенсивности люминесценции снимают вторую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля. Величину магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом в точке фокуса лазерного излучения, определяют по величине горизонтального сдвига второй кривой относительно первой кривой.The problem is solved in that the method of measuring the magnetic field includes exposing the silicon carbide crystal to a hexagonal or rhombic polytype containing spin centers with the main quadruplet spin state along its crystallographic axis with symmetry by focused laser radiation, a variable low-frequency magnetic field, and a constant magnetic field. In this case, the luminescence intensity of the spin centers with the ground quadruplet spin state is measured at different values of the constant magnetic field. In the region of variation of the luminescence intensity, the first curve of the dependence of the change in luminescence intensity on the value of the constant magnetic field is taken, the first curve is graduated from the known value of the magnetic field at the inflection point of the first curve. Then, the test sample is placed on the surface of the aforementioned silicon carbide crystal and the luminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state is measured at different values of the constant magnetic field. In the region of variation in the luminescence intensity, a second curve is taken of the dependence of the change in luminescence intensity on the magnitude of the constant magnetic field. The magnitude of the magnetic field generated by the test sample at the focal point of the laser radiation is determined by the horizontal shift of the second curve relative to the first curve.

Новым в настоящем способе является воздействие на кристалл карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, переменным магнитным полем низкой частоты и постоянным магнитным полем, а также то, что снимают первую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля, градуируют первую кривую по известному значению величины магнитного поля в точке перегиба первой кривой, затем помещают на поверхность упомянутого выше кристалла карбида кремния исследуемый образец, снимают вторую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля и величину магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом в точке фокуса лазерного излучения, определяют по величине горизонтального сдвига второй кривой относительно первой кривой.New in the present method is the exposure of a silicon carbide crystal to a hexagonal or rhombic polytype containing spin centers with a basic quadruplet spin state, an alternating low-frequency magnetic field and a constant magnetic field, as well as the fact that the first curve of the dependence of the change in luminescence intensity on the constant magnetic fields, graduate the first curve by the known value of the magnetic field at the inflection point of the first curve, then place on the surface the mentioned th carbide crystal silicon above the sample, remove the second curve changes depending on the magnitude of the luminescence intensity of the constant magnetic field and the magnetic field produced by the test sample at the focal point of the laser radiation is determined by the magnitude of the horizontal shift of the second curve relative to the first curve.

Возбуждение люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием сфокусированным лазерным излучением может быть осуществлено с использованием конфокальной оптики или с использованием микроскопии на основе подавления спонтанного испускания.The luminescence of spin centers with the ground quadruplet spin state can be excited by focused laser radiation using confocal optics or using microscopy based on the suppression of spontaneous emission.

Сфокусированным лазерным излучением, переменным магнитным полем низкой частоты и постоянным магнитным полем можно воздействовать на нанокристалл карбида кремния, содержащего по меньшей мере один спиновый центр с основным квадруплетным спиновым состоянием.Focused laser radiation, an alternating low-frequency magnetic field and a constant magnetic field can act on a silicon carbide nanocrystal containing at least one spin center with a ground quadruplet spin state.

Настоящий способ измерения магнитного поля с микронным и субмикронным разрешением основан на использовании физических процессов, приводящих к изменению интенсивности фотолюминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием, что проявляется в существовании точки перегиба на кривой зависимости изменения интенсивности люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием от величины постоянного магнитного поля. Эта точка перегиба соответствует моменту антипересечения энергетических спиновых уровней этих спиновых центров в кристалле карбида кремния.The present method of measuring the magnetic field with micron and submicron resolution is based on the use of physical processes that lead to a change in the photoluminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state, which is manifested in the existence of an inflection point on the curve of the dependence of the change in luminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state on constant magnetic field. This inflection point corresponds to the moment of antirecrossing of the energy spin levels of these spin centers in the silicon carbide crystal.

Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где:This technical solution is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показана структурная формула спинового центра с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 (Vs - вакансия кремния; Vc - вакансия углерода);in FIG. Figure 1 shows the structural formula of the spin center with the ground quadruplet spin state S = 3/2 (V s is the silicon vacancy; V c is the carbon vacancy);

на фиг. 2 приведена схема энергетических спиновых уровней в магнитном поле спинового центра с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2;in FIG. Figure 2 shows a diagram of the energy spin levels in the magnetic field of the spin center with the ground quadruplet spin state S = 3/2;

Figure 00000001
- точка антипересечения энергетических спиновых уровней; Ms - спиновые проекции S=3/2: MS=+3/2; MS=-3/2; MS=+1/2; MS=-1/2;
Figure 00000001
- the point of anti-intersection of energy spin levels; Ms - spin projections S = 3/2: M S = + 3/2; M S = -3 / 2; M S = + 1/2; M S = -1 / 2;

на фиг. 3 приведены первая (1) и вторая (2) кривые зависимости изменения интенсивности люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в кристалле карбида кремния политипа 6H-SiC от величины постоянного магнитного поля; ΔB1 - величина магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом в виде фрагмента магнитной пленки;in FIG. Figure 3 shows the first (1) and second (2) curves of the dependence of the luminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state in a silicon carbide crystal of the 6H-SiC polytype on the value of the constant magnetic field; ΔB 1 - the magnitude of the magnetic field created by the test sample in the form of a fragment of a magnetic film;

на фиг. 4 изображены первая (3) и вторая (4) кривые зависимости изменения интенсивности люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в кристалле карбида кремния политипа 4H-SiC от величины постоянного магнитного поля; ΔВ2 - величина магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом в виде фрагмента магнитной пленки.in FIG. Figure 4 shows the first (3) and second (4) curves of the dependence of the luminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state in a silicon carbide crystal of the 4H-SiC polytype on the value of the constant magnetic field; ΔВ 2 is the magnitude of the magnetic field created by the test sample in the form of a fragment of a magnetic film.

Настоящий способ измерения магнитного поля включает воздействие на кристалл карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием (фиг. 1), вдоль его кристаллографической оси с симметрии сфокусированным лазерным излучением (например, длиной волны 785 нм), переменным магнитным полем низкой частоты (в интервале частот от десятков Гц до единиц кГц) амплитудой, например, (0,001-0,01) мТл и постоянным магнитным полем. Измеряют интенсивность люминесценции (например, в области 850-950 нм) спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием при различной величине постоянного магнитного поля и в области изменения интенсивности люминесценции снимают первую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля. Градуируют первую кривую по известному значению величины В магнитного поля в точке перегиба первой кривой, при которой происходит антипересечение спиновых подуровней MS=-3/2 и MS=1/2 для спинового центра с основным квадруплетным спиновым состоянием:The present method of measuring the magnetic field includes exposing a silicon carbide crystal to a hexagonal or rhombic polytype containing spin centers with the ground quadruplet spin state (Fig. 1) along its crystallographic axis with symmetry by focused laser radiation (for example, a wavelength of 785 nm), with alternating magnetic a low-frequency field (in the frequency range from tens of Hz to units of kHz) with an amplitude, for example, (0.001-0.01) mT and a constant magnetic field. The luminescence intensity is measured (for example, in the region of 850-950 nm) of spin centers with the main quadruplet spin state at different values of the constant magnetic field and in the region of variation in the luminescence intensity, the first curve of the dependence of the change in luminescence intensity on the constant magnetic field is measured. The first curve is graduated by the known value of the magnetic field B at the inflection point of the first curve, at which the antisection of the spin sublevels M S = -3 / 2 and M S = 1/2 occurs for the spin center with the ground quadruplet spin state:

B=D/geβe,B = D / g e β e ,

где В - значение постоянного магнитного поля в точке перегиба первой кривой, мТл;where B is the constant magnetic field at the inflection point of the first curve, mT;

ge=2,0028 - безразмерная величина, называемая g-фактором и характеризующая гиромагнитное отношение для электронного магнитного момента спинового центра в карбиде кремния;g e = 2,0028 - a dimensionless quantity called the g-factor and characterizing the gyromagnetic ratio for the electronic magnetic moment of the spin center in silicon carbide;

βe=9,2740·10-24 - магнетон Бора, Дж/Тл;β e = 9.2740 · 10 -24 - Bohr magneton, J / T;

D=14 - расщепление тонкой структуры для спинового центра с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния политипа 6H-SiC, МГц;D = 14 — fine structure splitting for the spin center with the ground quadruplet spin state in silicon carbide of the 6H-SiC polytype, MHz;

D=35 - расщепление тонкой структуры для спинового центра с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния политипа 4H-SiC, МГц.D = 35 — fine structure splitting for the spin center with the ground quadruplet spin state in silicon carbide of the 4H-SiC polytype, MHz.

Для карбида кремния политипа 6H-SiC В=0,5 мТл, а для карбида кремния политипа 6H-SiC В=1,25 мТл.For silicon carbide polytype 6H-SiC B = 0.5 mT, and for silicon carbide polytype 6H-SiC B = 1.25 mT.

Параметр D не зависит от температуры окружения, что повышает точность измерений. Затем помещают на поверхность кристалла карбида кремния исследуемый образец, магнитное поле которого надо измерить. Снова измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием при различной величине постоянного магнитного поля. В области изменения интенсивности люминесценции снимают вторую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля. Величину ΔВ магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом в точке фокуса лазерного излучения, определяют по величине горизонтального сдвига второй кривой относительно первой кривой.The parameter D is independent of the ambient temperature, which increases the accuracy of measurements. Then the investigated sample is placed on the surface of the silicon carbide crystal, the magnetic field of which must be measured. Again, the luminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state is measured at different values of the constant magnetic field. In the region of variation in the luminescence intensity, a second curve is taken of the dependence of the change in luminescence intensity on the magnitude of the constant magnetic field. The value ΔB of the magnetic field generated by the test sample at the focal point of the laser radiation is determined by the horizontal shift of the second curve relative to the first curve.

Пример 1. Описанным выше способом было измерено магнитное поле образца в виде фрагмента магнитной пленки, помещенного на плоскость кристалла карбида кремния политипа 6H-SiC, при этом создавали тесный контакт исследуемого образца с тонким слоем спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния. На рабочий материал в виде карбида кремния фокусировался свет лазера с длиной волны 795 нм, размер пятна в диаметре примерно 1 мкм, с этой области регистрировалась люминесценция спиновых центров с длиной волны 850-900 нм. Измеряемое магнитное поле регистрировалось по изменению люминесценции при помещении фрагмента магнитной пленки на плоскость кристалла карбида кремния политипа 6H-SiC и сдвигу линии (кривая 2, фиг. 3) по отношению к кривой 1, фиг. 3, зарегистрированной в отсутствие измеряемого объекта (магнитной пленки). Измеряемое поле равно 0,022 мТл.Example 1. By the method described above, the magnetic field of the sample was measured in the form of a fragment of a magnetic film placed on the plane of a silicon carbide crystal of the 6H-SiC polytype, thus creating a close contact of the sample with a thin layer of spin centers with the ground quadruplet spin state in silicon carbide. Laser light with a wavelength of 795 nm and a spot size in diameter of about 1 μm were focused on working material in the form of silicon carbide, and luminescence of spin centers with a wavelength of 850–900 nm was recorded from this region. The measured magnetic field was recorded by the change in luminescence when the magnetic film fragment was placed on the plane of the silicon carbide crystal of the 6H-SiC polytype and the line shift (curve 2, FIG. 3) with respect to curve 1, FIG. 3 registered in the absence of the measured object (magnetic film). The measured field is 0.022 mT.

Пример 2. Описанным выше способом было измерено магнитное поле образца в виде фрагмента магнитной пленки, помещенного на плоскость кристалла карбида кремния политипа 4H-SiC, при этом создавали тесный контакт исследуемого образца с тонким слоем спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния. На рабочий материал в виде карбида кремния фокусировался свет лазера с длиной волны 795 нм, размер пятна в диаметре примерно 1 мкм, с этой области регистрировалась люминесценция спиновых центров с длиной волны 850-900 нм. Измеряемое магнитное поле регистрировалось по изменению люминесценции при помещении фрагмента магнитной пленки на плоскость кристалла карбида кремния политипа 4H-SiC и сдвигу линии (кривая 4, фиг. 4) по отношению к кривой 3, фиг. 4, зарегистрированной в отсутствие измеряемого объекта (магнитной пленки). Измеряемое поле было равно 0,04 мТл.Example 2. By the method described above, the magnetic field of the sample was measured in the form of a fragment of a magnetic film placed on the plane of a silicon carbide crystal of the 4H-SiC polytype, thus creating a close contact of the test sample with a thin layer of spin centers with the ground quadruplet spin state in silicon carbide. Laser light with a wavelength of 795 nm and a spot size in diameter of about 1 μm were focused on working material in the form of silicon carbide, and luminescence of spin centers with a wavelength of 850–900 nm was recorded from this region. The measured magnetic field was recorded by the change in luminescence when the magnetic film fragment was placed on the plane of the silicon carbide crystal of the 4H-SiC polytype and the line shift (curve 4, Fig. 4) with respect to curve 3, FIG. 4 registered in the absence of the measured object (magnetic film). The measured field was 0.04 mT.

Настоящий способ может быть использован для получения градиента магнитного поля при пространственном перемещении возбуждаемого светом пятна в плоскости, перпендикулярной лазерному лучу.The present method can be used to obtain a magnetic field gradient during the spatial movement of a spot excited by light in a plane perpendicular to the laser beam.

Настоящий способ может быть использован также для обнаружения переменных магнитных полей в выделенной с помощью оптической системы пространственной области объекта исследования, при этом время изменений магнитного поля может достигать очень малых величин (меньше 10 нс).The present method can also be used to detect alternating magnetic fields in the spatial region of the object under study selected using the optical system, while the time of changes in the magnetic field can reach very small values (less than 10 ns).

Одним из вариантов реализации настоящего способа измерения магнитного поля является использование приповерхностного слоя кристалла карбида кремния, содержащего высокую концентрацию спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием, для измерения распределения магнитных полей в виде магнитно-резонансной томографии на наноуровне, с возможным применением для получения изображений молекулярной органической или биологической структуры, нанесенной на поверхности карбида кремния.One of the options for implementing the present method of measuring the magnetic field is to use a surface layer of a silicon carbide crystal containing a high concentration of spin centers with the main quadruplet spin state to measure the distribution of magnetic fields in the form of magnetic resonance imaging at the nanoscale, with the possibility of using molecular organic or a biological structure deposited on the surface of silicon carbide.

Claims (4)

1. Способ измерения магнитного поля, включающий воздействие на кристалл карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, содержащего спиновые центры с основным квадруплетным спиновым состоянием, вдоль его кристаллографической оси с симметрии сфокусированным лазерным излучением, переменным магнитным полем низкой частоты и постоянным магнитным полем, при этом измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием при различной величине постоянного магнитного поля и в области изменения интенсивности люминесценции снимают первую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля, градуируют первую кривую по известному значению величины магнитного поля в точке перегиба первой кривой, затем помещают на поверхность упомянутого кристалла карбида кремния исследуемый образец, измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием при различной величине постоянного магнитного поля, в области изменения интенсивности люминесценции снимают вторую кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля и определяют величину магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом в точке фокуса лазерного излучения, по величине горизонтального сдвига второй кривой относительно первой кривой.1. A method of measuring a magnetic field, including exposing a silicon carbide crystal to a hexagonal or rhombic polytype containing spin centers with a fundamental quadruplet spin state along its crystallographic axis with symmetry by focused laser radiation, a low-frequency alternating magnetic field, and a constant magnetic field, while measuring luminescence intensity of spin centers with the ground quadruplet spin state at different values of the constant magnetic field and in the region of Changes in the luminescence intensity take the first curve of the dependence of the luminescence intensity on the constant magnetic field, calibrate the first curve with the known value of the magnetic field at the inflection point of the first curve, then examine the sample on the surface of the said silicon carbide crystal, measure the luminescence intensity of spin centers with the main quadrup spin state at different values of the constant magnetic field, in the region of variation of the lumi the second curve of the dependence of the intensity of the luminescence on the magnitude of the constant magnetic field and determine the magnitude of the magnetic field generated by the test sample at the focal point of the laser radiation, the horizontal shift of the second curve relative to the first curve. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возбуждение люминесценции спиновых центров с основным квадруплетным спиновым состоянием сфокусированным лазерным излучением осуществляют с использованием конфокальной оптики.2. The method according to p. 1, characterized in that the luminescence of the spin centers with the ground quadruplet spin state is excited by focused laser radiation using confocal optics. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возбуждение люминесценции спиновых центров с основным квадруплетым спиновым состоянием сфокусированным лазерным излучением осуществляют с использованием микроскопии на основе подавления спонтанного испускания.3. The method according to p. 1, characterized in that the excitation of the luminescence of the spin centers with the main quadruplet spin state by focused laser radiation is carried out using microscopy based on the suppression of spontaneous emission. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переменным магнитным полем низкой частоты, постоянным магнитным полем и сфокусированным лазерным излучением воздействуют на нанокристалл карбида кремния, содержащего по меньшей мере один спиновый центр с основным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2. 4. The method according to p. 1, characterized in that the alternating low-frequency magnetic field, constant magnetic field and focused laser radiation act on a silicon carbide nanocrystal containing at least one spin center with a ground quadruplet spin state S = 3/2.
RU2015133899/28A 2015-08-12 2015-08-12 Method of measuring magnetic field RU2601734C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015133899/28A RU2601734C1 (en) 2015-08-12 2015-08-12 Method of measuring magnetic field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015133899/28A RU2601734C1 (en) 2015-08-12 2015-08-12 Method of measuring magnetic field

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2601734C1 true RU2601734C1 (en) 2016-11-10

Family

ID=57278238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015133899/28A RU2601734C1 (en) 2015-08-12 2015-08-12 Method of measuring magnetic field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2601734C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654967C1 (en) * 2017-05-02 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method of measuring the characteristics of the magnetic field
RU2694798C1 (en) * 2018-04-24 2019-07-16 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method of measuring characteristics of magnetic field
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
RU2751147C1 (en) * 2020-11-27 2021-07-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Optical method for magnetic field measurement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7250759B2 (en) * 2003-07-30 2007-07-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Integrated 1/f noise removal method for a magneto-resistive nano-particle sensor
US8000767B2 (en) * 2004-01-20 2011-08-16 Board Of Trustees Of The University Of Illinois Magneto-optical apparatus and method for the spatially-resolved detection of weak magnetic fields
US8264224B2 (en) * 2009-10-27 2012-09-11 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Detection of magnetic fields using nano-magnets
US8372659B2 (en) * 2006-03-17 2013-02-12 National University Corporation Toyohashi University Of Technology Sensing method for biopolymers and sensing device therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7250759B2 (en) * 2003-07-30 2007-07-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Integrated 1/f noise removal method for a magneto-resistive nano-particle sensor
US8000767B2 (en) * 2004-01-20 2011-08-16 Board Of Trustees Of The University Of Illinois Magneto-optical apparatus and method for the spatially-resolved detection of weak magnetic fields
US8372659B2 (en) * 2006-03-17 2013-02-12 National University Corporation Toyohashi University Of Technology Sensing method for biopolymers and sensing device therefor
US8264224B2 (en) * 2009-10-27 2012-09-11 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Detection of magnetic fields using nano-magnets

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide./ H. Kraus, V.A. Soltamov, D.Simin, A.Sperilich, F. Fuchs, P.G.Baranov, G.V.Astakhov, V.Dyakonov. - Science Reports, March 2014. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654967C1 (en) * 2017-05-02 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method of measuring the characteristics of the magnetic field
RU2694798C1 (en) * 2018-04-24 2019-07-16 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method of measuring characteristics of magnetic field
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
RU2751147C1 (en) * 2020-11-27 2021-07-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Optical method for magnetic field measurement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11448676B2 (en) Spin-based electrometry with solid-state defects
CN109143121B (en) Microwave field quantitative test system and method based on pulse modulation
US20180246143A1 (en) Nanoscale scanning sensors
JP5828036B2 (en) Absorption-based detection of spin impurities in solid-state spin systems
US10734069B2 (en) Quantum metrology and quantum memory using defect sates with spin-3/2 or higher half-spin multiplets
US10921394B2 (en) Vectorial magnetometer and associated methods for sensing an amplitude and orientation of a magnetic field
RU2661442C2 (en) Gyroscope at n-v centers in diamonds
EP2837930A1 (en) Method for detecting the magnitude of a magnetic field gradient
RU2601734C1 (en) Method of measuring magnetic field
Zhang et al. Microwave field uniformity impact on DC magnetic sensing with NV ensembles in diamond
KR101012763B1 (en) Ultra-sensitive permeability detecting apparatus using atomic ?? susceptometer and using method thereof
Poulsen et al. Optimal control of a nitrogen-vacancy spin ensemble in diamond for sensing in the pulsed domain
RU2617293C1 (en) Method of measuring temperature
US11181494B2 (en) Method and device for generating a nuclear magnetic resonance spectrum of nuclear spin moments of a sample
RU2654967C1 (en) Method of measuring the characteristics of the magnetic field
RU2607840C1 (en) Optical magnetometer
Nie et al. Manipulation of spin polarization using NV ensemble in diamond for precision displacement detection with an adjustable sensitivity
RU2691775C1 (en) Optical magnetometer
RU2695593C1 (en) Method of measuring magnetic field
RU2691766C1 (en) Method of measuring temperature
RU2775869C1 (en) Method for determining distance between nv defect and substitute nitrogen n in diamond crystal
JP7384399B2 (en) Measuring device and method
RU2691774C1 (en) Optical magnetometer
RU2617194C1 (en) Optical quantum thermometer
Liu et al. Scaling of dynamical decoupling for a single electron spin in nanodiamonds at room temperature