RU2617293C1 - Method of measuring temperature - Google Patents
Method of measuring temperature Download PDFInfo
- Publication number
- RU2617293C1 RU2617293C1 RU2015151249A RU2015151249A RU2617293C1 RU 2617293 C1 RU2617293 C1 RU 2617293C1 RU 2015151249 A RU2015151249 A RU 2015151249A RU 2015151249 A RU2015151249 A RU 2015151249A RU 2617293 C1 RU2617293 C1 RU 2617293C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spin
- magnetic field
- centers
- temperature
- quadruplet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области измерения локальных слабых температурных полей с микро- и наноразмерным разрешением в микроэлектронике, биотехнологиях, цитологии, биомедицине.The invention relates to nanotechnology and can be used in the field of measuring local weak temperature fields with micro- and nanoscale resolution in microelectronics, biotechnology, cytology, biomedicine.
Обнаружение слабых температурных 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. Особенный интерес представляют возможности биологически совместимого подхода к термометрии, который обеспечивает высокую температурную чувствительность и воспроизводимость и может быть использован для изучения тепловыделяющих внутриклеточных процессов.The detection of weak temperature fields with high spatial resolution at the level of micro- and nanometers is the most important problem in various fields, from fundamental physics and materials science to data storage and biomedical science. Of particular interest are the possibilities of a biocompatible approach to thermometry, which provides high temperature sensitivity and reproducibility and can be used to study heat-generating intracellular processes.
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 и температур 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, регистрируют оптически по изменению люминесценции NV центров. Способ магнитометрии и термометрии со спиновыми NV центрами основан на оптическом детектировании магнитного резонанса (ОДМР).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 and tempo Teratures with nanoscale 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 recorded optically from a change in the luminescence of NV centers. The method of magnetometry and thermometry with spin NV centers is based on the optical detection of magnetic resonance (ODMR).
Возможности регистрации температуры по спектрам ОДМР NV центров основаны на зависимости от температуры расщепления тонкой структуры D, что приводит к сдвигу частоты ОДМР (см. V.М. Acosta, Е. Bauch, М.P. Ledbetter, et al., Phys. Rev. Lett., V. 104, 070801, 2010).The possibilities of recording the temperature from the ODMR spectra of NV centers are based on the dependence of the fine structure D splitting temperature, which leads to a shift in the ODMR frequency (see V.M. Acosta, E. Bauch, M.P. Ledbetter, et al., Phys. Rev. . Lett., V. 104, 070801, 2010).
Известен способ измерения локальной температуры (см. P. Neumann, I. Jakobi, F. Dolde, С.Burk, R. Reuter, G. Waldherr, J. Honert, T. Wolf, A. Brunner, J. H. Shim, D. Suter, H. Sumiya, J. Isoya, and J. Wrachtrup, High-Precision Nanoscale Temperature Sensing Using Single Defects in Diamond, Nano Lett., V. 13, 2738-2742, 2013), с пространственным разрешением в микро- и нанометровом диапазоне на основе оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) с применением NV центров в алмазах и наноалмазах. Способ включает следующую последовательность операций: излучение лазера фокусируют на активный материал - кристалл алмаза или наноалмаза с NV центрами в точке измерения локальной температуры; 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 температуры по частоте магнитного резонанса в соответствии с известной величиной расщепления для данной температуры.A known method of measuring local temperature (see P. Neumann, I. Jakobi, F. Dolde, C. Burk, R. Reuter, G. Waldherr, J. Honert, T. Wolf, A. Brunner, JH Shim, D. Suter , H. Sumiya, J. Isoya, and J. Wrachtrup, High-Precision Nanoscale Temperature Sensing Using Single Defects in Diamond, Nano Lett., V. 13, 2738-2742, 2013), with spatial resolution in the micro- and nanometer range based on optically detectable magnetic resonance (ODMR) using NV centers in diamonds and nanodiamonds. The method includes the following sequence of operations: the laser radiation is focused on the active material — a diamond or nanodiamond crystal with NV centers at the point of measurement of local temperature; 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 magnetic resonance and determine the temperature value from the frequency of magnetic resonance in accordance with the known value of the splitting for a given temperature.
Недостатками известного способа является использование алмазов с NV центрами в качестве активного материала для измерения температуры, 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 и нагревает исследуемый объект. Расщепление тонкой структуры для NV центров в алмазе существенно зависит от напряжений в кристалле алмаза и локальных магнитных полей, что понижает точность измерений температуры и требует дополнительных усилий для исключения этих эффектов.The disadvantages of this method is the use of diamonds with NV centers as an active material for measuring temperature, 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 relatively powerful microwave radiation, which complicates the method, creates additional noise and heats the investigated object. The splitting of the fine structure for NV centers in diamond substantially depends on the stresses in the diamond crystal and local magnetic fields, which reduces the accuracy of temperature measurements and requires additional efforts to eliminate these effects.
Известен способ измерения температуры (см. заявка РСТ WO 2013188732 МПК G01R 19/00, опубликована 14.06.2013), включающий воздействие оптического излучения на алмаз, содержащий NV центры, для выстраивания электронных спинов в определенном спиновом состоянии; воздействие СВЧ излучением на алмаз, содержащий NV центры, расщепление тонкой структуры которых зависит от температуры, таким образом, чтобы вызвать переходы между электронными спиновыми состояниями NV центров для конкретных значений частоты СВЧ излучения, которые зависят от температуры, и регистрацию интенсивности выходного оптического излучения, выходящего из алмаза, содержащего NV центры таким образом, чтобы определить температурный сдвиг параметров тонкой структуры и, следовательно, локальную температуру.A known method of measuring temperature (see PCT application WO 2013188732 IPC G01R 19/00, published 06/14/2013), including the effect of optical radiation on a diamond containing NV centers, for alignment of electron spins in a certain spin state; the action of microwave radiation on a diamond containing NV centers, the splitting of the fine structure of which depends on temperature, so as to cause transitions between the electronic spin states of the NV centers for specific microwave frequency frequencies, which depend on temperature, and recording the intensity of the output optical radiation coming out from diamond containing NV centers in such a way as to determine the temperature shift of the fine structure parameters and, consequently, the local temperature.
Недостатками известного способа является использование алмазов с NV центрами в качестве активного материала для измерения температуры, 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 и нагревает исследуемый объект.The disadvantages of this method is the use of diamonds with NV centers as an active material for measuring temperature, 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 relatively powerful microwave radiation, which complicates the method, creates additional noise and heats the investigated object.
Известен способ измерения температуры (см. заявка РСТ WO 2014165505, МПК G01K 7/32, опубликована 09.10.2014), включающий воздействие на алмаз, содержащий NV центры, оптическим излучением для выстраивания электронных спинов в определенном спиновом состоянии; воздействие непрерывным СВЧ излучением или импульсами СВЧ излучения таким образом, чтобы вызвать переходы между электронными спиновыми состояниями NV центров для конкретных значений частоты СВЧ излучения и регистрацию интенсивности выходящего из алмаза оптического излучения, чтобы определить температурный сдвиг параметров тонкой структуры и, следовательно, локальную температуру. В известном способе значение температуры может быть зарегистрировано в микро- и нанометровом масштабе с чувствительностью от 10 К до мК с использованием алмаза, содержащих 100-10000 NV центров.A known method of measuring temperature (see PCT application WO 2014165505, IPC G01K 7/32, published 09/10/2014), comprising exposing a diamond containing NV centers to optical radiation to align electronic spins in a specific spin state; exposure to continuous microwave radiation or pulses of microwave radiation in such a way as to cause transitions between the electronic spin states of NV centers for specific values of the frequency of microwave radiation and registration of the intensity of the optical radiation emerging from the diamond to determine the temperature shift of the fine structure parameters and, consequently, the local temperature. In the known method, the temperature value can be recorded on a micro- and nanometer scale with a sensitivity of 10 K to mK using diamond containing 100-10000 NV centers.
Недостатками известного способа является необходимость использования очень дорогих алмазов с NV центрами в качестве активного материала для измерения температуры. Способ сложен в осуществлении, его использование сопровождается дополнительными шумами и нагреванием исследуемого объекта.The disadvantages of this method is the need to use very expensive diamonds with NV centers as an active material for measuring temperature. The method is difficult to implement, its use is accompanied by additional noise and heating of the investigated object.
Известен способ измерения температуры (см. заявка РСТ WO 2014210486, МПК С30В 29/04; G02B 3/00; H01S 3/14, опубликована 31.12.2014), включающий воздействие оптическими импульсами (с длиной волны 532 нм) и СВЧ излучением на монокристалл алмаза, содержащий NV центры, таким образом, чтобы вызвать переходы между электронными спиновыми состояниями NV центров для конкретных значений частоты СВЧ излучения, которые зависят от температуры, и регистрацию интенсивности выходного оптического излучения, выходящего из алмаза, содержащего NV центры таким образом, чтобы определить температуру.A known method of measuring temperature (see PCT application WO 2014210486, IPC C30B 29/04; G02B 3/00; H01S 3/14, published December 31, 2014), including exposure to optical pulses (with a wavelength of 532 nm) and microwave radiation on a single crystal diamond containing NV centers, in such a way as to cause transitions between the electronic spin states of NV centers for specific microwave frequency frequencies, which depend on temperature, and recording the intensity of the output optical radiation emerging from diamond containing NV centers in such a way as to determine Temperature.
Известному способу присущи те же недостатки, что и для рассмотренных выше способов измерения температуры.The known method has the same disadvantages as for the above methods of measuring temperature.
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 и возбужденным квадруплетными спиновыми состояниями (см. Н. Kraus, V.А. 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 температуры, 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 квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния. Он представляет собой возбужденное состояние отрицательно заряженной вакансии кремния (VSi) со спином S=3/2, взаимодействующей с нейтральной вакансией углерода (Vc), расположенной вдоль гексагональной кристаллографической оси (с - оси) относительно вакансии кремния и не имеющей молекулярной связи с вакансией кремния, при этом имеется семейство подобных структур, отличающихся политипом матрицы и положением вакансий кремния и углерода и их взаимным расположением. У центров с квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния расщепление тонкой структуры зависит от температуры. Способ-прототип включает предварительное построение экспериментальной градуировочной кривой зависимости величины частотных отклонений ОДМР сигнала спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, содержащихся в кристалле карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, от температуры путем воздействия на упомянутый кристалл карбида кремния при различной температуре оптическим излучением в ближнем ИК диапазоне (780-850 нм) и высокочастотным (ВЧ) магнитным полем с частотой магнитного резонанса. Для измерения температуры исследуемого образца его помещают на поверхность упомянутого кристалла карбида кремния, воздействуют на упомянутый кристалл карбида кремния оптическим излучением в ближнем ИК диапазоне (780-850 нм) и высокочастотным (ВЧ) магнитным полем с частотой магнитного резонанса. Сопоставляя полученное значение отклонения ОДМР сигнала кристалла карбида кремния с вышеупомянутыми спиновыми центрами с градуировочной кривой зависимости величины частотных отклонений ОДМР спиновых центров от температуры, получают значение температуры исследуемого образца.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 ground and excited quadruplet spin states (see N. Kraus, V.A. 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 temperature that is similar to this decision on the largest number of essential features and taken as a prototype. The prototype method is based on optical magnetic resonance detection (ODMR) at spin centers with a quadruplet spin state in silicon carbide. It is an excited state of a negatively charged silicon vacancy (V Si ) with spin S = 3/2, interacting with a neutral carbon vacancy (V c ), located along the hexagonal crystallographic axis (c - axis) relative to the silicon vacancy and not having a molecular bond with silicon vacancy, while there is a family of similar structures that differ in the matrix polytype and the position of silicon and carbon vacancies and their relative positions. For centers with a quadruplet spin state in silicon carbide, the splitting of the fine structure depends on temperature. The prototype method includes the preliminary construction of an experimental calibration curve of the frequency deviations of the ODMR frequency deviations of the signal of spin centers with an excited quadruplet spin state S = 3/2 contained in a silicon carbide hexagonal or rhombic polytype on temperature by acting on said silicon carbide crystal at different temperatures optical radiation in the near infrared range (780-850 nm) and a high-frequency (HF) magnetic field with a magnetic resonance frequency. To measure the temperature of the test sample, it is placed on the surface of the said silicon carbide crystal, it is exposed to the said silicon carbide crystal by optical radiation in the near IR range (780-850 nm) and a high-frequency (HF) magnetic field with a magnetic resonance frequency. Comparing the obtained value of the ODMR deviation of the signal of the silicon carbide crystal with the aforementioned spin centers with the calibration curve of the temperature dependence of the ODMR frequency deviations of the spin centers on temperature, we obtain the temperature value of the test sample.
В способе-прототипе при оптическом возбуждении происходит выстраивание спиновых центров, которое влияет на неравновесное заполнение спиновых уровней в основном и возбужденном состояниях, а при облучении кристалла перестраиваем высокочастотным (ВЧ) излучением в момент магнитного резонанса меняется интенсивность люминесценции спиновых центров с основным и возбужденным квадруплетными спиновыми состояниями. По величине ВЧ излучения, при которой происходит магнитный резонанс, можно судить о величине расщепление тонкой структуры D, которая входит в спиновый гамильтониан Н, описывающий спиновые уровни спинового центра с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием в магнитном поле В:In the prototype method, during optical excitation, spin centers are aligned, which affects the nonequilibrium filling of spin levels in the ground and excited states, and when the crystal is irradiated, we rearrange by high-frequency (HF) radiation at the time of magnetic resonance, the luminescence intensity of spin centers with the main and excited quadruplet spin states. From the magnitude of the RF radiation at which magnetic resonance occurs, one can judge the magnitude of the splitting of the fine structure D, which enters the spin Hamiltonian H, which describes the spin levels of the spin center with an excited quadruplet spin state in magnetic field B:
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;S z is the dimensionless operator of projection of the electron spin onto the direction of the external magnetic field;
S=3/2 - безразмерная величина, равная спину спинового центра;S = 3/2 — dimensionless quantity equal to the spin of the spin center;
gе=2,002 - безразмерная величина, называемая g-фактором и характеризующая гиромагнитное отношение для электронного магнитного момента используемого спинового центра с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния;g e = 2,002 is a dimensionless quantity called the g factor and characterizing the gyromagnetic ratio for the electronic magnetic moment of the used spin center with an excited 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;
2D(T) - расщепление тонкой структуры для спинового центра с зависимым от температуры квадруплетным спиновым состоянием в карбиде кремния, Дж (МГц), 1 Дж=1.509×1027 МГц.2D (T) is the fine structure splitting for a spin center with a temperature-dependent quadruplet spin state in silicon carbide, J (MHz), 1 J = 1.509 × 10 27 MHz.
Недостатком известного способа измерения магнитного поля является необходимость использования ВЧ излучения, что усложняет осуществление способа, а также создает дополнительные ВЧ шумы и нагревает исследуемый объект, который помещается вплотную к кристаллу карбида кремния с спиновыми центрами с квадруплетным спиновым состоянием и в котором измеряется локальная температура в объеме, возбуждаемом оптически. Также необходимо использование дополнительного оборудования для создания ВЧ излучения и необходим подвод 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 RF noise and heats the test object, which is placed close to the silicon carbide crystal with spin centers with a quadruplet spin state and in which the local temperature in the volume is measured excited optically. It is also necessary to use additional equipment to create RF radiation and it is necessary 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 температуры, который был бы более прост в использовании и в котором исключалось бы использование ВЧ излучения и, следовательно, исключался бы нагрев ВЧ полем объекта, температуру которого измеряют.The present invention was the development of such a method of measuring temperature, which would be easier to use and which would exclude the use of RF radiation and, therefore, would exclude the heating of the RF field of the object whose temperature is measured.
Поставленная задача решается тем, что способ измерения магнитного поля включает предварительное построение экспериментальной градуировочной кривой зависимости величины магнитного поля в точке антипересечения уровней (АПУ) энергии спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, содержащихся в кристалле карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, от температуры. Построение этой кривой осуществляют путем воздействия на упомянутый кристалл карбида кремния при различной температуре сфокусированным лазерным излучением, переменным магнитным полем низкой частоты и различным по величине постоянным магнитным полем. При каждой температуре измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, в области изменения интенсивности люминесценции снимают кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля и находят величину магнитного поля по точке перегиба сигнала в виде производной, соответствующей АПУ энергии упомянутых спиновых центров в магнитном поле, затем помещают на поверхность упомянутого кристалла карбида кремния исследуемый образец, измеряют интенсивность люминесценции спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 при различной величине постоянного магнитного поля, в области изменения интенсивности люминесценции снимают кривую зависимости изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля и по точке АПУ энергии спиновых центров определяют величину магнитного поля, по которой с помощью экспериментальной градуировочной кривой определяют температуру в точке поверхности исследуемого образца, соответствующей точке фокуса лазерного излучения.The problem is solved in that the method of measuring the magnetic field includes the preliminary construction of an experimental calibration curve of the magnetic field at the point of intersection of the levels of energy of the spin centers with the excited quadruplet spin state S = 3/2 contained in a silicon carbide crystal of a hexagonal or rhombic polytype , from temperature. The construction of this curve is carried out by exposing the said silicon carbide crystal at different temperatures to focused laser radiation, an alternating low-frequency magnetic field and a constant magnetic field of different magnitude. At each temperature, the luminescence intensity of spin centers with an excited quadruplet spin state S = 3/2 is measured, in the region of variation in the luminescence intensity, a curve of the dependence of the change in luminescence intensity on the constant magnetic field is measured and the magnetic field is found from the inflection point of the signal in the form of the derivative corresponding to AAP energies of the mentioned spin centers in a magnetic field, then the studied sample is placed on the surface of the said silicon carbide crystal, measuring the luminescence intensity of spin centers with an excited quadruplet spin state S = 3/2 is determined for different values of the constant magnetic field; in the region of variation in the luminescence intensity, the curve of the dependence of the change in the luminescence intensity on the constant magnetic field is taken and the magnitude of the magnetic field is determined from the APA point of the energy of the spin centers, according to which using the experimental calibration curve determine the temperature at a point on the surface of the test sample corresponding to the point focus of laser radiation.
Новым в настоящем способе является воздействие на кристалл карбида кремния гексагонального или ромбического политипа, содержащего спиновые центры с квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, переменным магнитным полем низкой частоты и постоянным магнитным полем, а также то, что снимают градуировочную кривую зависимости магнитного поля в точке АПУ от температуры, при измерении температуры образца снимают зависимость изменения интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля и определяют величину магнитного поля для АПУ, соответствующую измеряемой температуре.New in the present method is the exposure of a silicon carbide crystal to a hexagonal or rhombic polytype containing spin centers with a quadruplet spin state S = 3/2, a variable low-frequency magnetic field and a constant magnetic field, as well as the fact that the calibration curve of the magnetic field the APU point on temperature, when measuring the temperature of the sample, the dependence of the change in the luminescence intensity on the constant magnetic field is removed and the magnetic field for A PU corresponding to the measured temperature.
Возбуждение люминесценции спиновых центров с квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, 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 a quadruplet spin state S = 3/2 excited by laser radiation can be excited using confocal optics or using microscopy based on 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 возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2. В этом случае нанокристалл карбида кремния может быть помещен на зонд атомно-силового микроскопа.Focused laser radiation, a low-frequency alternating magnetic field and a constant magnetic field can act on a silicon carbide nanocrystal containing at least one spin center with an excited quadruplet spin state S = 3/2. In this case, the silicon carbide nanocrystal can be placed on a probe of an atomic force microscope.
Градуировочная кривая может быть встроена в программное обеспечение, которое будет автоматически делать перерасчет из положения АПУ в температуру. Если проводить измерение изменения люминесценции в разных точках карбида кремния (или перемещать карбид кремния в пространстве), то можно получить распределение температуры (температурную карту) по исследуемому объекту.The calibration curve can be built into the software, which will automatically recalculate from the position of the APU to the temperature. If we measure the change in luminescence at different points of silicon carbide (or move silicon carbide in space), then we can obtain the temperature distribution (temperature map) over the studied object.
Настоящий способ измерения температуры с микронным и субмикронным разрешением основан на использовании физических процессов, приводящих к изменению интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, что проявляется в существовании точки перегиба на кривой зависимости изменения интенсивности люминесценции спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 от величины постоянного магнитного поля. Эта точка перегиба соответствует моменту антипересечения уровней (АПУ) энергии в магнитном поле этих спиновых центров в кристалле карбида кремния.The present method of measuring temperature with micron and submicron resolution is based on the use of physical processes leading to a change in the photoluminescence (PL) intensity of spin centers with an excited quadruplet spin state S = 3/2, which manifests itself in the existence of an inflection point on the curve of the change in the luminescence intensity of spin centers with an excited quadruplet spin state S = 3/2 of the constant magnetic field. This inflection point corresponds to the moment of antirecrossing of the energy levels in the magnetic field of these spin centers in the silicon carbide crystal.
Настоящее техническое решение поясняется чертежами, представленными с целью иллюстрации, но не для ограничения, где:The present technical solution is illustrated by drawings, presented for the purpose of illustration, but not for limitation, where:
на фиг. 1 показаны структурные формулы спиновых центров (СЦ) с основным и возбужденным квадруплетным спиновыми состояниями S=3/2 (Vs -вакансия кремния; VC - вакансия углерода) для двух политипов карбида кремния 6H-SiC и 4H-SiC; в 6H-SiC представлены две структуры спиновых центров - СП1 и СП2;in FIG. Figure 1 shows the structural formulas of spin centers (SCs) with the ground and excited quadruplet spin states S = 3/2 (V s is the vacancy of silicon; V C is the carbon vacancy) for two polytypes of
на фиг. 2 приведена схема энергетических спиновых уровней в магнитном поле для возбужденного квадруплетного состояния спинового центра СП1 в 6Н-SiC с S=3/2; точка антипересечения уровней (АПУ) показана кружком для спиновых уровней с проекциями спинов (Ms) Ms=-3/2; Ms=1/2; и квадратом для АПУ с Ms=-3/2; Ms=-1/2;in FIG. Figure 2 shows a diagram of the energy spin levels in a magnetic field for the excited quadruplet state of the SP1 spin center in 6H-SiC with S = 3/2; the point of intersection of levels (AAP) is shown by a circle for spin levels with projections of spins (M s ) M s = -3 / 2; M s = 1/2; and the square for the APU with M s = -3 / 2; M s = -1 / 2;
на фиг. 3 показаны кривые изменения интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) спиновых центров в зависимости от приложенного магнитного поля в области антипересечения уровней для возбужденных квадруплетных состояний СЦ1 и СЦ2 в кристалле 6H-SiC, зарегистрированные при двух температурах 290 К и 80 К; точки перегиба для АПУ1 и АПУ2 обозначены кружком и квадратом соответственно; для СЦ2 показаны только кривые в области АПУ1;in FIG. Figure 3 shows the curves of changes in the photoluminescence intensity (PL) of the spin centers as a function of the applied magnetic field in the region of antirecrossing levels for excited quadruplet states SC1 and SC2 in a 6H-SiC crystal, recorded at two temperatures of 290 K and 80 K; inflection points for APU1 and APU2 are indicated by a circle and a square, respectively; for SC2 only curves in the area of APU1 are shown;
на фиг. 4 приведена градуированная кривая в виде зависимости положения АПУ1 для СЦ1 от температуры в кристалле 6H-SiC;in FIG. Figure 4 shows a graded curve in the form of the dependence of the position of APU1 for SC1 on temperature in a 6H-SiC crystal;
на фиг. 5 изображена градуировочная кривая в виде зависимости положения АПУ1 для СЦ2 от температуры в кристалле 6H-SiC; ΔВ - изменение магнитного поля АПУ в двух точках активного материала, находящихся при разных температурах (разность температур создавалась нагревателем, расположенным на разных расстояниях от заданных точек); ΔТ - разность температур в заданных точках, определяемых с помощью градуировочной кривой;in FIG. 5 shows a calibration curve as a function of the position of APU1 for SC2 as a function of temperature in a 6H-SiC crystal; ΔВ is the change in the magnetic field of the APA at two points of the active material located at different temperatures (the temperature difference was created by a heater located at different distances from the given points); ΔТ is the temperature difference at predetermined points determined using the calibration curve;
на фиг. 6 приведены кривые изменения интенсивности фотолюминесценции спиновых центров в зависимости от приложенного магнитного поля в области антипересечения уровней АПУ1 (обозначенные кружком) для возбужденного квадруплетного спинового состояния СЦ в кристалле 4H-SiC, зарегистрированные при двух температурах 240 К и 80 К;in FIG. Figure 6 shows the curves of changes in the photoluminescence intensity of spin centers as a function of the applied magnetic field in the region of antirecrossing levels of APA1 (indicated by a circle) for the excited quadruplet spin state of SCs in a 4H-SiC crystal recorded at two temperatures of 240 K and 80 K;
на фиг.7 показана градуировочная кривая в виде зависимости положения АПУ1 для СЦ от температуры в кристалле 4H-SiC.7 shows a calibration curve in the form of the dependence of the position of APU1 for SCs on temperature in a 4H-SiC crystal.
Настоящий способ измерения температуры включает предварительное построение экспериментальной градуировочной кривой зависимости величины магнитного поля в точке антипересечения уровней (АПУ) энергии спиновых центров (СЦ) с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, содержащихся в кристалле карбида кремния гексагонального или ромбического политипа от температуры (на фиг. 4 показана градуировочной кривая для политипа 6H-SiC, а на фиг. 7 для 4H-SiC). Регистрацию градуировочной кривой АПУ энергии СЦ осуществляют путем воздействия на упомянутый кристалл карбида кремния при различной температуре сфокусированным лазерным излучением (например, длиной волны 785 нм или 808 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 (0-500 Гс), измеряя при этом для каждой температуры интенсивность люминесценции (диапазон для регистрации люминесценции 850-950 нм) от величины постоянного магнитного поля, и находят магнитное поле по точке перегиба сигнала в виде производной АПУ энергии СЦ. Структурные формулы спиновых центров с основным и возбужденным квадруплетным спиновыми состояниями (VSi - вакансия кремния; VC - вакансия углерода) в политипе карбида кремния 6H-SiC (представлены две структуры спиновых центров - СП1 и СП2) или 4H-SiC показаны на фиг. 1. В качестве примера на фиг. 2 приведена схема энергетических спиновых уровней в магнитном поле для возбужденного квадруплетного состояния спинового центра СП1 в 6H-SiC с S=3/2; точка антипересечения уровней (АПУ) показана кружком для спиновых уровней с проекциями спинов (Ms) Ms=-3/2; Ms=l/2; и квадратом для АПУ с Ms=-3/2; Ms=-1/2. На фиг. 3 показаны сигналы изменения интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) спиновых центров в зависимости от приложенного магнитного поля в области АПУ для возбужденных квадруплетных состояний СЦ1 и СЦ2 в кристалле 6H-SiC, зарегистрированные при двух температурах 290 К и 80 К; точки перегиба для АПУ1 и АПУ2 обозначены кружком и квадратом соответственно; для СЦ2 показаны только кривые в области АПУ1. Подобные зависимости регистрируют при разных температурах и по этим сигналам определяют величины магнитных полей в точках перегиба, обозначенных на фиг. 3 кружочками для АПУ между уровнями Ms=-3/2; Ms=l/2, которые и будут использоваться для измерения температуры. Затем строят градуировочную кривую зависимости величины магнитного поля В, соответствующего АПУ между уровнями Ms=-3/2; Ms=l/2 для возбужденного квадруплетного спинового состояния спинового центра (СЦ) от температуры. Значение величины В магнитного поля в точке перегиба кривой, в которой происходит антипересечение спиновых подуровней Ms=-3/2 и Ms=l/2 для спинового центра с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием:The present method of temperature measurement involves preliminary construction of an experimental calibration curve of the magnetic field at the point of intersection of the levels of energy of the spin centers (SC) with the excited quadruplet spin state S = 3/2 contained in a silicon carbide crystal of a hexagonal or rhombic polytype on temperature ( Fig. 4 shows a calibration curve for the 6H-SiC polytype, and Fig. 7 for 4H-SiC). The calibration curve of the APA of the SC energy is recorded by exposing the aforementioned silicon carbide crystal at different temperatures to focused laser radiation (for example, a wavelength of 785 nm or 808 nm), an alternating low-frequency magnetic 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 (0-500 G), while measuring for each temperature the luminescence intensity (range for recording luminescence 850-950 nm) from the value of the constant magnetic field, and find the magnetic field at the inflection point of the signal in the form of a derivative of the APU energy SC. The structural formulas of spin centers with the ground and excited quadruplet spin states (V Si is the silicon vacancy; V C is the carbon vacancy) in the 6H-SiC silicon carbide polytype (two structures of the spin centers — SP1 and SP2 are presented) or 4H-SiC are shown in FIG. 1. By way of example in FIG. Figure 2 shows a diagram of the energy spin levels in a magnetic field for the excited quadruplet state of the SP1 spin center in 6H-SiC with S = 3/2; the point of intersection of levels (AAP) is shown by a circle for spin levels with projections of spins (M s ) M s = -3 / 2; M s = l / 2; and the square for the APU with M s = -3 / 2; M s = -1 / 2. In FIG. Figure 3 shows the signals of the change in the photoluminescence (PL) intensity of the spin centers depending on the applied magnetic field in the region of the APA for the excited quadruplet states SC1 and SC2 in a 6H-SiC crystal, recorded at two temperatures 290 K and 80 K; inflection points for APU1 and APU2 are indicated by a circle and a square, respectively; for SC2 only curves in the APU1 region are shown. Similar dependences are recorded at different temperatures, and the magnitude of the magnetic fields at the inflection points indicated in FIG. 3 circles for APU between the levels M s = -3 / 2; M s = l / 2, which will be used to measure temperature. Then build a calibration curve of the magnitude of the magnetic field, the corresponding AAP between the levels M s = -3 / 2; M s = l / 2 for the excited quadruplet spin state of the spin center (SC) as a function of temperature. The value of the magnitude B of the magnetic field at the inflection point of the curve at which the antisection of the spin sublevels M s = -3 / 2 and M s = l / 2 takes place for a spin center with an excited 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 value of the constant magnetic field at the inflection point of the first curve, mT;
gе=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;
βе=9,2740.10-24 - магнетон Бора, ДжДл;β e = 9.2740.10-24 - Bohr magneton, JD;
2D(T) - зависящее от температуры расщепление тонкой структуры для спинового центра в возбужденном квадруплетном спиновом состоянии в карбиде кремния, МГц (ГГц).2D (T) - temperature-dependent fine structure splitting for the spin center in the excited quadruplet spin state in silicon carbide, MHz (GHz).
На фиг. 4 и фиг. 5 приведены градуировочные кривые в виде зависимостей положения АПУ1 для СЦ1 и СЦ2 от температуры в кристалле 6Н-SiC, построенные экспериментально. На градуировочной кривой, приведенной на фиг. 7, показано изменение величины магнитного поля АПУ1 (ΔВ) в двух точках активного материала, находящихся при разных температурах (разность температур создавалась нагревателем, расположенным на разных расстояниях от заданных точек); этому изменению соответствует разность температур (ΔТ) в заданных точках, определяемых с помощью градуировочной кривой.In FIG. 4 and FIG. Figure 5 shows calibration curves in the form of the dependences of the position of APU1 for SC1 and SC2 on temperature in a 6H-SiC crystal, constructed experimentally. In the calibration curve shown in FIG. 7 shows the change in the magnetic field APU1 (ΔВ) at two points of the active material at different temperatures (the temperature difference was created by a heater located at different distances from the given points); this change corresponds to the temperature difference (ΔТ) at given points determined using the calibration curve.
Затем помещают на поверхность кристалла карбида кремния, содержащего спиновые центры с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, исследуемый образец, локальную температуру в котором нужно измерить. Снова повторяют измерения зависимости интенсивности ФЛ спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2 от величины постоянного магнитного поля и находят величину магнитного поля в точке перегиба (АПУ1), затем по градуировочной кривой находят температуру, соответствующую этой величине магнитного поля. Затем все измерения повторяют в другой точке образца и в результате строят температурное поле образца.Then they are placed on the surface of a silicon carbide crystal containing spin centers with an excited quadruplet spin state S = 3/2, the test sample, in which the local temperature must be measured. Again, the measurements of the dependence of the PL intensity of spin centers with the excited quadruplet spin state S = 3/2 on the constant magnetic field are repeated and the magnetic field is found at the inflection point (APU1), then the temperature corresponding to this magnetic field is found from the calibration curve. Then all measurements are repeated at another point in the sample and, as a result, the temperature field of the sample is built.
Пример 1. Описанным выше способом была определена температура образца помещенного на кристалл карбида кремния политипа 6H-SiC, содержащего спиновые центры СЦ2, вариант такого измерения показан на фиг. 3 и фиг. 5. Температуру изменяли путем прокачки холодного воздуха в месте расположения образца. На рабочий материал в виде карбида кремния фокусировали свет лазера с длиной волны 808 нм, размер пятна в диаметре примерно 300 нм, с этой области регистрировали люминесценцию спиновых центров СЦ2 на длинах волн 850-950 нм. Магнитное поле, соответствующее АПУ1 для СЦ2, находили по изменению люминесценции. Затем с помощью градуировочной кривой определялась температура.Example 1. By the method described above, the temperature of a sample placed on a silicon carbide crystal of the 6H-SiC polytype containing SC2 spin centers was determined; a variant of such a measurement is shown in FIG. 3 and FIG. 5. The temperature was changed by pumping cold air at the location of the sample. Laser light with a wavelength of 808 nm was focused on working material in the form of silicon carbide, with a spot size in diameter of about 300 nm, and luminescence of SC2 spin centers at wavelengths of 850–950 nm was recorded from this region. The magnetic field corresponding to APU1 for SC2 was found from the change in luminescence. Then, using a calibration curve, the temperature was determined.
Пример 2. Описанным выше способом была определена температура образца помещенного на кристалл карбида 4H-SiC при двух измерениях, кристалл карбида содержит спиновые центры СЦ, вариант такого измерения показан на фиг. 6 и фиг. 7. Температуру изменяли путем прокачки холодного воздуха в месте расположения образца. На рабочий материал в виде карбида кремния фокусировали свет лазера с длиной волны 808 нм, размер пятна в диаметре примерно 300 нм, с этой области регистрировали люминесценцию спиновых центров СЦ на длинах волн 850-950 нм. Магнитное поле, соответствующее АПУ1 для СЦ, находили по изменению люминесценции. Затем с помощью градуировочной кривой определялась температура.Example 2. By the method described above, the temperature of a sample placed on a 4H-SiC carbide crystal was determined in two measurements, the carbide crystal contains SC spin centers, a variant of such a measurement is shown in FIG. 6 and FIG. 7. The temperature was changed by pumping cold air at the location of the sample. Laser light with a wavelength of 808 nm was focused on working material in the form of silicon carbide, with a spot size of about 300 nm in diameter, and luminescence of the SC spin centers at wavelengths of 850–950 nm was recorded from this region. The magnetic field corresponding to APU1 for SC was found from the change in luminescence. Then, using a calibration curve, the temperature was determined.
Настоящий способ может быть использован для получения градиента температурного поля при пространственном перемещении возбуждаемого светом пятна в плоскости, перпендикулярной лазерному лучу. При этом может быть достигнута высокая точность относительных измерений с использование сигнала АПУ в виде производной, которая регистрируется с помощью синхронного детектирования при малой низкочастотной модуляции магнитного поля. В этом случае определяют ширину линии АПУ в магнитном поле, и затем при сдвиге температуры линия АПУ сдвигается в магнитном поле, величина и знак сдвига регистрируются по изменению ФЛ в пределах ширины линии. Может быть достигнута чувствительность 50 мК за время регистрации 1 сек с разрешением ~200 нм, соответствующим размеру пятна сфокусированного лазера.The present method can be used to obtain a temperature field gradient with the spatial movement of a spot excited by light in a plane perpendicular to the laser beam. In this case, high accuracy of relative measurements can be achieved using the APU signal in the form of a derivative, which is recorded using synchronous detection with a small low-frequency modulation of the magnetic field. In this case, the APU line width in the magnetic field is determined, and then, when the temperature is shifted, the APU line is shifted in the magnetic field, the magnitude and sign of the shift are recorded by the PL change within the line width. A sensitivity of 50 mK can be achieved over a recording time of 1 s with a resolution of ~ 200 nm, corresponding to the spot size of the focused laser.
Вариант реализации настоящего способа измерения температурного поля заключается в использовании приповерхностного слоя кристалла карбида кремния, содержащего высокую концентрацию спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием, для измерения распределения локальных температур на наноуровне, с возможным применением для получения изображений температурных полей и их градиентов молекулярной органической или биологической структуры, нанесенной на поверхности карбида кремния.An embodiment of the present method of measuring the temperature field consists in using a surface layer of a silicon carbide crystal containing a high concentration of spin centers with an excited quadruplet spin state to measure the distribution of local temperatures at the nanoscale, with the possibility of using molecular organic or biological temperature fields and their gradients to obtain images structure deposited on the surface of silicon carbide.
Вариант реализации настоящего способа измерения температурного поля заключается в использовании атомно-силового микроскопа или микроскопа ближнего поля. Кристалл или нанокристалл карбида кремния, содержащего спиновые центры с возбужденным квадруплетным состоянием S=3/2, помещают на острие зонда атомно-силового микроскопа, далее зонд прикасают к исследуемому образцу в виде, например, живой клетки или иной конденсированной системы, в определенных точках. В виду высокой теплопроводности карбида кремния и сильной зависимости расщепления тонкой структуры от температуры практически во всем измеряемом температурном диапазоне 10-350 К температура в точке соприкосновения зонда с образцом может быть измерена.An embodiment of the present method for measuring a temperature field is to use an atomic force microscope or a near field microscope. A crystal or nanocrystal of silicon carbide containing spin centers with an excited quadruplet state S = 3/2 is placed on the tip of the probe of an atomic force microscope, then the probe is touched to the test sample in the form, for example, of a living cell or other condensed system, at certain points. In view of the high thermal conductivity of silicon carbide and the strong dependence of the fine structure splitting on temperature in almost the entire measured temperature range of 10-350 K, the temperature at the point of contact between the probe and the sample can be measured.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151249A RU2617293C1 (en) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | Method of measuring temperature |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151249A RU2617293C1 (en) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | Method of measuring temperature |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2617293C1 true RU2617293C1 (en) | 2017-04-24 |
Family
ID=58643356
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015151249A RU2617293C1 (en) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | Method of measuring temperature |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2617293C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2691766C1 (en) * | 2018-08-27 | 2019-06-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of measuring temperature |
RU2781357C1 (en) * | 2021-12-27 | 2022-10-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Method for ultra-local optical temperature measurement, a device for its implementation and a nanodiamond probe of the device |
WO2023128834A1 (en) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Method for utltra-local optical temperature measurement |
WO2023153960A1 (en) * | 2022-02-08 | 2023-08-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Ultralocalized optical heating method and device for carrying out same |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483316C1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for optical detection of magnetic resonance and apparatus for realising said method |
WO2014165505A1 (en) * | 2013-04-02 | 2014-10-09 | President And Fellows Of Harvard College | Nanometer scale quantum thermometer |
US20150137793A1 (en) * | 2012-06-14 | 2015-05-21 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Systems and methods for precision optical imaging of electrical currents and temperature in integrated circuits |
-
2015
- 2015-12-01 RU RU2015151249A patent/RU2617293C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483316C1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for optical detection of magnetic resonance and apparatus for realising said method |
US20150137793A1 (en) * | 2012-06-14 | 2015-05-21 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Systems and methods for precision optical imaging of electrical currents and temperature in integrated circuits |
WO2014165505A1 (en) * | 2013-04-02 | 2014-10-09 | President And Fellows Of Harvard College | Nanometer scale quantum thermometer |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H. Kraus и др. "Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide", SCIENTIFIC REPORTS, No4, 2014 г., стр.5303-1 - 5303-8. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2691766C1 (en) * | 2018-08-27 | 2019-06-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of measuring temperature |
RU2781357C1 (en) * | 2021-12-27 | 2022-10-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Method for ultra-local optical temperature measurement, a device for its implementation and a nanodiamond probe of the device |
WO2023128834A1 (en) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Method for utltra-local optical temperature measurement |
RU2783170C1 (en) * | 2022-02-08 | 2022-11-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Method for ultralocal optical heating and device for its implementation |
WO2023153960A1 (en) * | 2022-02-08 | 2023-08-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Ultralocalized optical heating method and device for carrying out same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Balasubramanian et al. | Nitrogen-vacancy color center in diamond—emerging nanoscale applications in bioimaging and biosensing | |
US10436650B2 (en) | Nanometer scale quantum thermometer | |
US9766181B2 (en) | Wide-field imaging using nitrogen vacancies | |
US10762954B2 (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 | |
EP2837930A1 (en) | Method for detecting the magnitude of a magnetic field gradient | |
Jensen et al. | Magnetometry with nitrogen-vacancy centers in diamond | |
RU2483316C1 (en) | Method for optical detection of magnetic resonance and apparatus for realising said method | |
Zhang et al. | Microwave field uniformity impact on DC magnetic sensing with NV ensembles in diamond | |
RU2617293C1 (en) | Method of measuring temperature | |
RU2601734C1 (en) | Method of measuring magnetic field | |
Fedder et al. | Towards T 1-limited magnetic resonance imaging using Rabi beats | |
Wang et al. | Microwave heating effect on diamond samples of nitrogen-vacancy centers | |
Poulsen et al. | Optimal control of a nitrogen-vacancy spin ensemble in diamond for sensing in the pulsed domain | |
RU2570471C1 (en) | Method of determining orientation of nv defects in crystal | |
EP3224640A1 (en) | Method and device for measuring strong magnetic fields on a nanometer scale, e.g. on a hard disk write/read head | |
RU2607840C1 (en) | Optical magnetometer | |
Anisimov et al. | Room-temperature level anticrossing and cross-relaxation spectroscopy of spin color centers in SiC single crystals and nanostructures | |
Anisimov et al. | Physical foundations of an application of scanning probe with spin centers in SiC for the submicron quantum probing of magnetic fields and temperatures | |
RU2691775C1 (en) | Optical magnetometer | |
RU2691766C1 (en) | Method of measuring temperature | |
Anisimov et al. | High-temperature spin manipulation on color centers in rhombic silicon carbide polytype 21R-SiC | |
JP7513765B2 (en) | Nanoscale Temperature Measurement | |
RU2617194C1 (en) | Optical quantum thermometer | |
Guo et al. | NV center pumped and enhanced by nanowire ring resonator laser to integrate a 10 μm-scale spin-based sensor structure |