我首次實現(xiàn)基于碳化硅中硅空位色心的高壓原位磁探測
(資料圖)
記者3月28日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時、王俊峰等人與中科院合肥物質科學研究院固體所高壓團隊劉曉迪研究員等合作，在國際上首次實現(xiàn)了基于碳化硅中硅空位色心的高壓原位磁探測，該技術在高壓量子精密測量領域具有重要意義。研究成果日前在線發(fā)表在國際期刊《自然·材料》上。
傳統(tǒng)的高壓磁測量手段，如超導量子干涉儀難以實現(xiàn)金剛石對頂砧中微米級樣品的弱磁信號的高分辨率原位探測。為解決這一關鍵核心難題，金剛石NV色心的光探測磁共振技術已被用于原位壓力誘導磁性相變檢測。然而，由于NV色心具有四個軸向，并且其電子自旋的零場分裂是溫度依賴的，不利于分析和解釋測量得到的光探測磁共振譜。
針對高壓磁探測難題，研究組加工了碳化硅對頂砧，然后在碳化硅臺面上利用離子注入產(chǎn)生淺層硅空位色心，并利用淺層色心實現(xiàn)高壓下的原位磁性探測。碳化硅中的硅空位色心只有單個軸向，而且由于電子結構的特殊對稱性，該色心電子自旋的零場分裂是溫度不敏感的，能夠很好地避免金剛石NV色心在高壓傳感應用中遇到的問題。研究組首先刻畫了硅空位色心在高壓下的光學和自旋性質，發(fā)現(xiàn)其光譜會藍移，而且其自旋零場分裂值隨壓力變化遠小于金剛石NV色心的變化斜率。在此基礎上，研究組基于硅空位色心光探測磁共振技術觀測到了釹鐵硼磁體在7吉帕左右的壓致磁相變，并測量得到釔鋇銅氧超導體的臨界溫度-壓力相圖。該實驗發(fā)展了基于固態(tài)色心自旋的高壓原位磁探測技術。碳化硅材料加工工藝成熟，可大尺寸制備并且相對金剛石有很大的價格優(yōu)勢，該工作為磁性材料特別是室溫超導體高壓性質的刻畫提供了一個優(yōu)異的量子研究平臺。
該工作得到審稿人的高度評價：“這項工作可以為使用碳化硅對頂砧的量子材料的新研究打開大
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