基于碳化硅中自旋 $\frac{3}{2}$ 中心精细与超精细相互作用的全光扫描矢量磁力测量
材料科学
2024-04-11 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
本文已证实，利用沿碳化硅（SiC）晶片六方 轴取向的 轴向自旋色心，能够在室温及显著更高温度下全光测量与晶体 轴重合的外部磁场投影，以及外部待测磁场的极角与方位角。SiC 中进行光致自旋排列的自旋中心的一个显著特征是，在磁场中存在独特的自旋能级系统，这由精细结构相互作用以及与 Si 核的超精细相互作用引起，并且存在大范围的能级反交叉（LAC），导致在 LAC 区域内光致发光发生异常强烈的变化，且 LAC 谱依赖于外部待测磁场的方向，这使得开发全光矢量磁力测量方法成为可能。这种测量不需要微波辐射，可以使用单个自旋中心进行全光矢量磁力测量。所提出的磁力仪基于外部磁场抵消方案，通过在自旋中心光激发位置维持零磁场的局部区域，从而在零外部磁场下观察到 LAC 谱，称为其参考谱。将 4H-SiC 薄片置于亥姆霍兹线圈内的共聚焦显微镜扫描台上。在室温下，对于磁场 分量 ，在 mm 体积内对恒定磁场的灵敏度优于 T。确定极角与方位角的灵敏度取决于确定磁场垂直分量的灵敏度，该灵敏度优于 T。
引用
@article{arxiv.2404.07080,
title = {All-optical scanning vector magnetometry based on fine and hyperfine interactions in spin-$\frac{3}{2}$ centers in silicon carbide},
author = {Kirill V. Likhachev and Maxim V. Uchaev and Igor P. Veyshtort and Anastasia V. Batueva and Aleksandr S. Gurin and Roman A. Babunts and Pavel G. Baranov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.07080},
year = {2024}
}