Για πρώτη φορά, ερευνητές στην Ιαπωνία χαρτογράφησαν άμεσα τα στοιχεία του πεδίου τάσης γύρω από μια ατομική ατέλεια στη κρυσταλλική δομή του διαμαντιού.
Η ομάδα, με επικεφαλής τον Tokuyuki Teraji στο Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών της Ιαπωνίας, πέτυχε το αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας κέντρα αζώτου-κενού (NV) στο διαμάντι, των οποίων οι καταστάσεις σπιν αντιδρούν διαφορετικά στην τάση ανάλογα με τον προσανατολισμό τους. Η τεχνική, που δημοσιεύτηκε στο Applied Physics Letters, επιβεβαιώνει μια θεωρία 80 ετών σχετικά με την κατανομή των μικροσκοπικών πεδίων τάσης.
Χαρτογράφηση των πεδίων τάσης
Οι ατελείες ατομικής κλίμακας, γνωστές ως «εξαρθρώσεις», δημιουργούν μικρά πεδία τάσης που επηρεάζουν τις μηχανικές, ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες του υλικού.
Η ομάδα χρησιμοποίησε τα κέντρα NV ως μικροσκοπικούς αισθητήρες της τάσης. Όταν φωτίζονται με φως λέιζερ, τα κέντρα NV φωσφορίζουν ανάλογα με την κατάσταση σπιν τους. Εφαρμόζοντας μικροκύματα, οι ερευνητές μπόρεσαν να μεταβάλουν το σπιν και να μετρήσουν τις συχνότητες συντονισμού με εξαιρετική ακρίβεια, ανιχνεύοντας την τάση με ακρίβεια περίπου 1 megapascal.
Εφαρμογές σε τεχνολογίες αιχμής
Από τις μετρήσεις αυτές, οι ερευνητές χαρτογράφησαν τέσσερα ξεχωριστά στοιχεία του τανυστή τάσης γύρω από την εξάρθρωση, επιβεβαιώνοντας την πλήρη συμφωνία με τον θεωρητικά υπολογισμένο τανυστή τάσης. Η εξέλιξη αυτή παρέχει την πρώτη άμεση πειραματική επιβεβαίωση της θεωρίας ελαστικότητας γύρω από μια μεμονωμένη εξάρθρωση.
Η συνδυαστική αυτή προσέγγιση προσφέρει άμεσες κατευθυντήριες γραμμές για τη βελτιστοποίηση των διεργασιών ανάπτυξης κρυστάλλων, ενισχύοντας την αξιοπιστία των συσκευών ισχύος και των κβαντικών συσκευών επόμενης γενιάς.