Ett team ledd av prof. Du Jiangfeng, Prof. Shi Fazhan, och professor Wang Ya från University of Science and Technology i Kina, av den kinesiska vetenskapsakademin, föreslagit en robust elektrometrisk metod som använder en kontinuerlig dynamisk avkopplingsteknik, där de kontinuerliga drivfälten ger en magnetfältsresistent klädd ram. Studien publicerades i Fysiska granskningsbrev den 19 juni.

Karakterisering av elektriska egenskaper och förståelse av dynamiken i nanoskala blir betydande i utvecklingen av moderna elektroniska enheter, såsom halvledartransistorer och kvantchips, speciellt när funktionsstorleken har krympt till flera nanometer.

Kvävevakanscentret (NV) i diamant - en spinsensor i atomskala - har visat sig vara en attraktiv elektrometer. Elektrometri som använder NV-centret skulle förbättra olika avkännings- och bildbehandlingstillämpningar. Dock, dess naturliga känslighet för magnetfältet hindrar effektiv detektering av det elektriska fältet.

NV-centret är en defekt i diamant, som består av ett ersättningskväve och en intilliggande vakans. NV-centret drar nytta av sådana egenskaper som dess bekväma tillståndspolarisering och långa koherenstid på grund av spinnrenhetsmiljön.

I den här studien, forskarna använde en Ramsey-liknande sekvens för att mäta det elektriska fältet. Också, de mätte avfasningen av NV-centrum nära ytan (8 nm djupt från diamantytan) för att utvärdera det elektriska bruset på ytan.

De demonstrerade en robust metod för nanoskalaelektrometri baserad på spinnsensorer i diamant. Att jämföra med elektrometrin genom att applicera ett icke-axiellt magnetfält, deras metod har samma känslighet för det elektriska fältet, och mer robust mot det magnetiska bruset. Därför, en högre elektrisk fältkänslighet är möjlig.

Deras elektrometri är mer tillämplig i närvaro av stark magnetfältsinhomogenitet eller fluktuation, vilket är gynnsamt för praktiska tillämpningar med NV-center nära ytan – till exempel:karakterisering av multiferroiska material.

De använder också denna metod för att studera bullermiljön i NV-center nära ytan. Genom att utesluta det magnetiska bruset, de observerade ett kvantitativt samband mellan avfasningshastigheten för NV-centra och den relativa dielektriska permittiviteten för yttäckta vätskor.

Denna studie hjälper till att ytterligare förstå bullermiljön i NV-center nära ytan, som är avgörande för ett brett utbud av avkänningstillämpningar och erbjuder intressanta vägar för dielektrisk avkänning i nanoskala.