a, espectro de luminescência de baixa temperatura de banda larga de um cristal de fluoreto de ítrio de lítio dopado com hólmio e uma linha com estrutura hiperfina mostrada na inserção. b, Divisão de componentes hiperfinos de uma linha espectral luminescente em um campo magnético. c, Um possível esquema de um sensor de campo magnético totalmente óptico:a amostra colocada em um campo magnético medido é iluminada por um laser de diodo em um comprimento de onda de 638,3 nm; a emissão é coletada por uma lente, filtrada e enviada para um interferômetro Fabry-Perot de varredura piezoeléctrica e depois para um detector óptico; o scanner do interferômetro e a intensidade do sinal no diodo são conectados usando feedback através do controlador PID e do amplificador lock-in; o deslocamento do scanner será linearmente dependente do campo magnético aplicado à amostra. Crédito:Boldyrev, K.N., Malkin, B.Z. &Popova, M. N.
Cristais dopados com íons de terras raras (RE) exibem larguras de linha muito estreitas de transições ópticas. Os espectros de linha estreita de elementos RE triplamente ionizados cobrem toda a faixa visível e infravermelha. Os materiais dopados com RE são amplamente utilizados como meios laser, fósforos, cintiladores, em células solares, etc. Atualmente, a termometria de luminescência baseada em RE está se desenvolvendo com sucesso, demonstrando uma ampla faixa de temperatura de trabalho, alta sensibilidade térmica e resolução espacial.
Em um campo magnético, algumas linhas espectrais se dividem e a magnitude do campo magnético pode ser determinada pela medição dessa divisão. Quanto mais estreitas as linhas, mais precisamente o campo magnético pode ser medido. Para realizar medições remotas, é necessário usar luminescência. As linhas de luminescência mais estreitas de cristais dopados com elementos de terras raras requerem equipamento espectral de banda larga especial de alta resolução para sua detecção e medição.
Em um novo artigo publicado em
Light:Science &Applications , cientistas do Instituto de Espectroscopia da Academia Russa de Ciências desenvolveram uma configuração sensível baseada em um espectrômetro de Fourier a vácuo de alta resolução Bruker 125HR, para detecção dos espectros de luminescência excitados por um laser de diodo, inclusive em temperaturas criogênicas (até 3,5 K) e em campos magnéticos de até 500 mT, na faixa espectral do infravermelho ao visível, com resolução de até 0,0006 cm
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(18MHz). Usando esta configuração, eles estudaram os espectros de luminescência de um cristal de fluoreto de ítrio de lítio dopado com hólmio.
Foi detectada uma estrutura hiperfina bem resolvida proveniente da interação dos elétrons ópticos do íon hólmio com o momento magnético de seu núcleo. Os componentes hiperfinos individuais são tão estreitos quanto 0,002—0,003 cm
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. Eles se dividem em um campo magnético aplicado ao cristal, proporcionalmente aos seus fatores g. Várias linhas de luminescência com comprimentos de onda de telecomunicações (caindo na janela de transparência das fibras ópticas) e grandes fatores magnéticos g (10-15) foram encontrados.
Usando essas linhas, a força de um campo magnético externo pode ser detectada com a precisão de cerca de 17 μT (compare com o campo magnético da Terra, que varia de 25 a 65 μT). A direção do campo magnético também pode ser determinada.
"Essas linhas de luminescência são promissoras para a criação de sensores remotos de campo magnético que não requerem um campo magnético constante ou variável adicional e/ou campo de microondas e são capazes de operar em uma ampla gama de campos magnéticos medidos. Nossos resultados abrem caminho para o desenvolvimento de um sensor de campo magnético para, por exemplo, repetidores quânticos instalados em uma linha de comunicação quântica estendida", dizem os pesquisadores. Para implementar um sensor prático e conveniente, eles propõem usar um filtro de interferência e um interferômetro de Fabry-Perot.
Outra descoberta interessante desta pesquisa é a possibilidade de avaliar a razão isotópica de lítio no cristal e as deformações aleatórias da rede (ou seja, a qualidade do cristal) analisando espectros de luminescência de alta resolução.
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