Een team onder leiding van Prof. Du Jiangfeng, Prof. Shi Fazhan, en Prof. Wang Ya van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, van de Chinese Academie van Wetenschappen, stelde een robuuste elektrometrische methode voor met behulp van een continue dynamische ontkoppelingstechniek, waar de continue aandrijfvelden een magnetisch veldbestendig aangekleed frame bieden. De studie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 19 juni.

Karakterisering van elektrische eigenschappen en begrip van de dynamiek op nanoschaal worden belangrijk bij de ontwikkeling van moderne elektronische apparaten, zoals halfgeleidertransistors en kwantumchips, vooral wanneer de grootte van het kenmerk is gekrompen tot enkele nanometers.

Het stikstof-vacature (NV) -centrum in diamant - een spinsensor op atomaire schaal - is een aantrekkelijke elektrometer gebleken. Elektrometrie met behulp van het NV-centrum zou verschillende detectie- en beeldvormingstoepassingen verbeteren. Echter, zijn natuurlijke gevoeligheid voor het magnetische veld belemmert een effectieve detectie van het elektrische veld.

Het NV-centrum is een defect in diamant, die bestaat uit een vervangende stikstof en een aangrenzende leegstand. Het NV-centrum profiteert van eigenschappen zoals de gunstige toestandspolarisatie en lange coherentietijd vanwege de spin-zuiverheidsomgeving.

In dit onderzoek, de onderzoekers gebruikten een Ramsey-achtige reeks om het elektrische veld te meten. Ook, ze maten de defasering van de NV-centra nabij het oppervlak (8 nm diep vanaf het diamantoppervlak) om de elektrische ruis aan het oppervlak te evalueren.

Ze demonstreerden een robuuste methode voor elektrometrie op nanoschaal op basis van spinsensoren in diamant. In vergelijking met de elektrometrie door een niet-axiaal magneetveld aan te leggen, hun methode heeft dezelfde gevoeligheid voor het elektrische veld, en robuuster voor de magnetische ruis. Daarom, een hogere elektrische veldgevoeligheid is haalbaar.

Hun elektrometrie is meer van toepassing in de aanwezigheid van sterke magnetische veldinhomogeniteit of fluctuatie, wat gunstig is voor praktische toepassingen met NV-centra in de buurt, bijvoorbeeld:de karakterisering van multiferroïsche materialen.

Ze gebruiken deze methode ook om de geluidsomgeving van nabije NV-centra te bestuderen. Door de magnetische ruis uit te sluiten, ze observeerden een kwantitatieve relatie tussen de defaseringssnelheid van NV-centra en de relatieve diëlektrische permittiviteit van aan het oppervlak bedekte vloeistoffen.

Deze studie helpt bij een beter begrip van de geluidsomgeving van NV-centra in de buurt van het oppervlak, wat essentieel is voor een breed scala aan detectietoepassingen en interessante mogelijkheden biedt voor diëlektrische detectie op nanoschaal.