Kristallen die zijn gedoteerd met zeldzame-aarde-ionen (RE) vertonen zeer smalle lijnbreedten van optische overgangen. De smalle-lijnspectra van drievoudig geïoniseerde RE-elementen bestrijken het gehele zichtbare en infrarode bereik. RE-gedoteerde materialen worden veel gebruikt als lasermedia, fosforen, scintillatoren, in zonnecellen, enz. Tegenwoordig ontwikkelt op RE gebaseerde luminescentiethermometrie zich met succes, wat een breed werktemperatuurbereik, hoge thermische gevoeligheid en ruimtelijke resolutie aantoont.

In een magnetisch veld splitsen sommige spectraallijnen en de grootte van het magnetische veld kan worden bepaald door deze splitsing te meten. Hoe smaller de lijnen, hoe nauwkeuriger het magnetische veld kan worden gemeten. Om metingen op afstand uit te voeren, is het noodzakelijk om luminescentie te gebruiken. De smalste luminescentielijnen van kristallen gedoteerd met zeldzame-aarde-elementen vereisen speciale breedbandspectrale apparatuur met hoge resolutie voor hun detectie en meting.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications , hebben wetenschappers van het Instituut voor Spectroscopie van de Russische Academie van Wetenschappen een gevoelige opstelling ontwikkeld op basis van een Bruker 125HR vacuüm Fourier-spectrometer met hoge resolutie, voor detectie van de luminescentiespectra die worden opgewekt door een diodelaser, ook bij cryogene temperaturen (tot 3,5 K) en in magnetische velden tot 500 mT, in het spectrale bereik van infrarood tot zichtbaar, met een resolutie tot 0,0006 cm ^-1 (18MHz). Met behulp van deze opstelling bestudeerden ze de luminescentiespectra van een lithiumyttriumfluoridekristal gedoteerd met holmium.

Goed opgeloste hyperfijnstructuur afkomstig van de interactie van optische elektronen van het holmium-ion met het magnetische moment van zijn kern werd gedetecteerd. Afzonderlijke hyperfijncomponenten zijn zo smal als 0,002-0,003 cm ^-1 . Ze splitsen zich in een magnetisch veld dat op het kristal wordt aangelegd, evenredig met hun g-factoren. Verschillende luminescentielijnen met telecommunicatiegolflengten (vallend in het transparantievenster van optische vezels) en grote magnetische g-factoren (10-15) werden gevonden.

Met behulp van deze lijnen kan de sterkte van een extern magnetisch veld worden gedetecteerd met een precisie van ongeveer 17 T (vergelijk met het aardmagnetisch veld, dat varieert van 25 tot 65 μT). Ook kan de richting van het magnetische veld worden bepaald.

"Deze luminescentielijnen zijn veelbelovend voor het maken van magnetische veldsensoren op afstand die geen extra constant of variabel magnetisch veld en/of microgolfveld nodig hebben en in staat zijn om in een zeer breed scala van gemeten magnetische velden te werken. Onze resultaten effenen de weg voor de ontwikkeling van een magneetveldsensor voor bijvoorbeeld kwantumrepeaters die in een verlengde kwantumcommunicatielijn worden geïnstalleerd", aldus de onderzoekers. Om een ​​praktische en handige sensor te implementeren, stellen ze voor om een ​​interferentiefilter en een Fabry-Perot-interferometer te gebruiken.

Een andere interessante bevinding van dit onderzoek is de mogelijkheid om de lithiumisotoopverhouding in de kristal- en willekeurige roostervervormingen (d.w.z. de kristalkwaliteit) te evalueren door luminescentiespectra met hoge resolutie te analyseren. + Verder verkennen

Onderzoek naar de magnetische eigenschappen van helium-3