uno spettro di luminescenza a bassa temperatura a banda larga di un cristallo di fluoruro di ittrio di litio drogato con olmio e una linea con struttura iperfine mostrata nel riquadro. b, Divisione di componenti iperfini di una linea spettrale luminescente in un campo magnetico. c, Un possibile schema di un sensore di campo magnetico completamente ottico:il campione posto in un campo magnetico misurato viene illuminato da un laser a diodi ad una lunghezza d'onda di 638,3 nm; l'emissione viene raccolta da una lente, filtrata e inviata ad un interferometro Fabry-Perot a scansione piezoelettrica, e quindi ad un rivelatore ottico; lo scanner dell'interferometro e l'intensità del segnale sul diodo sono collegati mediante feedback attraverso il controller PID e l'amplificatore di blocco; lo spostamento dello scanner dipenderà linearmente dal campo magnetico applicato al campione. Credito:Boldyrev, KN, Malkin, BZ. &Popova, MN
I cristalli drogati con ioni di terre rare (RE) mostrano larghezze di linea molto strette delle transizioni ottiche. Gli spettri a linea stretta degli elementi RE tripli ionizzati coprono l'intera gamma del visibile e dell'infrarosso. I materiali drogati con RE sono ampiamente utilizzati come mezzi laser, fosfori, scintillatori, nelle celle solari, ecc. Al giorno d'oggi, la termometria a luminescenza basata su RE si sta sviluppando con successo, dimostrando un'ampia gamma di temperature di lavoro, un'elevata sensibilità termica e una risoluzione spaziale.
In un campo magnetico, alcune linee spettrali si dividono e l'intensità del campo magnetico può essere determinata misurando questa divisione. Più le linee sono strette, più accuratamente può essere misurato il campo magnetico. Per effettuare misurazioni a distanza, è necessario utilizzare la luminescenza. Le linee di luminescenza più strette di cristalli drogati con elementi di terre rare richiedono speciali apparecchiature spettrali a banda larga ad alta risoluzione per il loro rilevamento e misurazione.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications , gli scienziati dell'Istituto di spettroscopia dell'Accademia delle scienze russa hanno sviluppato una configurazione sensibile basata su uno spettrometro di Fourier sotto vuoto ad alta risoluzione Bruker 125HR, per il rilevamento degli spettri di luminescenza eccitati da un laser a diodi, anche a temperature criogeniche (fino a 3,5 K) e in campi magnetici fino a 500 mT, nell'intervallo spettrale dall'infrarosso al visibile, con risoluzione fino a 0,0006 cm -1 (18 MHz). Utilizzando questa configurazione, hanno studiato gli spettri di luminescenza di un cristallo di fluoruro di ittrio di litio drogato con olmio.
È stata rilevata una struttura iperfine ben risolta proveniente dall'interazione degli elettroni ottici dello ione olmio con il momento magnetico del suo nucleo. I singoli componenti iperfini sono stretti come 0,002—0,003 cm -1 . Si dividono in un campo magnetico applicato al cristallo, proporzionalmente ai loro fattori g. Sono state trovate diverse linee di luminescenza con lunghezze d'onda delle telecomunicazioni (che cadono nella finestra di trasparenza delle fibre ottiche) e grandi fattori g magnetici (10-15).
Utilizzando queste linee, l'intensità di un campo magnetico esterno può essere rilevata con una precisione di circa 17 μT (confrontare con il campo magnetico terrestre, che varia da 25 a 65 μT). È inoltre possibile determinare la direzione del campo magnetico.
"Queste linee di luminescenza sono promettenti per la creazione di sensori di campo magnetico remoti che non richiedono un campo magnetico aggiuntivo costante o variabile e/o un campo a microonde e sono in grado di operare in una gamma molto ampia di campi magnetici misurati. I nostri risultati aprono la strada a lo sviluppo di un sensore di campo magnetico per, ad esempio, ripetitori quantistici installati in una linea di comunicazione quantistica estesa", affermano i ricercatori. Per implementare un sensore pratico e conveniente, propongono di utilizzare un filtro di interferenza e un interferometro Fabry-Perot.
Un'altra scoperta interessante di questa ricerca è la possibilità di valutare il rapporto isotopico del litio nelle deformazioni del reticolo cristallino e casuale (cioè la qualità del cristallo) analizzando spettri di luminescenza ad alta risoluzione. + Esplora ulteriormente
