新加坡国立大学(NUS)的物理学家已经开发出一种使用氦离子聚焦束在六方氮化硼(hBN)中产生缺陷阵列的方法，这种缺陷阵列可能用于磁感应应用。
六方氮化硼(hBN)是一种二维(2D)材料，由硼原子和氮原子排列成六边形晶格结构。它在量子传感应用中表现出独特的性能。在hBN中发现了许多类型的缺陷，其中一种，带负电荷的硼空位(VB -)，特别令人感兴趣，因为它具有自旋特性，使其在量子传感应用中具有价值。
在这项研究中，在新加坡国立大学物理系离子束应用中心(CIBA)的加速器设施中产生的高能氦离子束被用来照射hBN薄片以产生VB -光学中心。将离子束聚焦到纳米大小的点上并对离子束进行空间扫描的能力，允许以高精度制造光学发射器的图案阵列。
这项工作是由来自新加坡国立大学物理系的Andrew Bettiol副教授领导的研究小组和Goki Eda副教授领导的研究小组合作的结果。本课题组通过实验制备的VB -光学缺陷中心在微波能量作用下表现出一些有趣的特性。这项研究发表在《先进光学材料》杂志上。
在实验中，一种被称为光探测磁共振(ODMR)的光谱技术被用来探测微小的磁场。该技术结合了磁共振和光谱学原理来研究顺磁性材料的性质及其与电磁辐射的相互作用。
首先，用绿色激光激发VB -缺陷中心，使其发射波长约为810 nm的光，该光位于电磁波谱的近红外部分。然后使用铜天线在hBN样品附近产生特定的微波频率。这种微波能量将缺陷初始化为自旋状态，导致缺陷发出的光强度降低。微波频率被调谐，直到检测到光强度下降。这种情况发生在大约3.48 GHz处，在那里观察到光致发光强度的双重下降。一旦发现微波共振频率，传感器就可以用于探测磁场。
Bettiol教授说:“通过利用hBN所展示的这种独特特性，有时在生物系统或磁性材料中出现的微小磁场会改变谐振频率，这将导致传感器的光发射恢复。从VB光学缺陷中心发射的光提供了一种光学检测局部磁场的方法。
Eda教授补充说:“hBN是一种多功能材料，可以很容易地集成到片上设备中。我们在hBN中制造高精度自旋缺陷的演示是实现片上磁传感器的重要一步。”
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