a, spectre de luminescence à large bande à basse température d'un cristal de fluorure de lithium et d'yttrium dopé à l'holmium et une raie à structure hyperfine illustrée dans l'Encart. b, Dédoublement des composantes hyperfines d'une raie spectrale luminescente dans un champ magnétique. c, un schéma possible d'un capteur de champ magnétique tout optique :l'échantillon placé dans un champ magnétique mesuré est éclairé par une diode laser à une longueur d'onde de 638,3 nm; l'émission est collectée par une lentille, filtrée et envoyée à un interféromètre Fabry-Pérot à balayage piézo, puis à un détecteur optique; le scanner de l'interféromètre et l'intensité du signal sur la diode sont connectés à l'aide d'une rétroaction via le contrôleur PID et l'amplificateur de verrouillage ; le déplacement du scanner dépendra linéairement du champ magnétique appliqué à l'échantillon. Crédit :Boldyrev, K.N., Malkin, B.Z. &Popova, M.N.
Les cristaux dopés avec des ions de terre rare (RE) présentent des largeurs de raie très étroites de transitions optiques. Les spectres à raies étroites des éléments RE triplement ionisés couvrent toute la gamme visible et infrarouge. Les matériaux dopés RE sont largement utilisés comme supports laser, luminophores, scintillateurs, dans les cellules solaires, etc. De nos jours, la thermométrie par luminescence basée sur RE se développe avec succès, démontrant une large plage de températures de travail, une sensibilité thermique élevée et une résolution spatiale.
Dans un champ magnétique, certaines raies spectrales se divisent et l'amplitude du champ magnétique peut être déterminée en mesurant cette division. Plus les lignes sont étroites, plus le champ magnétique peut être mesuré avec précision. Pour effectuer des mesures à distance, il est nécessaire d'utiliser la luminescence. Les raies de luminescence les plus étroites des cristaux dopés avec des éléments de terres rares nécessitent un équipement spécial à large bande à haute résolution pour leur détection et leur mesure.
Dans un nouvel article publié dans Light :Science &Applications , des scientifiques de l'Institut de spectroscopie de l'Académie des sciences de Russie ont mis au point un montage sensible basé sur un spectromètre de Fourier sous vide haute résolution Bruker 125HR, pour la détection des spectres de luminescence excités par un laser à diode, y compris à des températures cryogéniques (jusqu'à 3,5 K) et dans des champs magnétiques jusqu'à 500 mT, dans la gamme spectrale de l'infrarouge au visible, avec une résolution jusqu'à 0,0006 cm -1 (18 MHz). À l'aide de cette configuration, ils ont étudié les spectres de luminescence d'un cristal de fluorure de lithium et d'yttrium dopé à l'holmium.
Une structure hyperfine bien résolue provenant de l'interaction des électrons optiques de l'ion holmium avec le moment magnétique de son noyau a été détectée. Les composants hyperfins individuels sont aussi étroits que 0,002 à 0,003 cm -1 . Ils se séparent dans un champ magnétique appliqué au cristal, proportionnellement à leurs facteurs g. Plusieurs lignes de luminescence avec des longueurs d'onde de télécommunication (tombant dans la fenêtre de transparence des fibres optiques) et de grands facteurs g magnétiques (10—15) ont été trouvées.
En utilisant ces lignes, la force d'un champ magnétique externe peut être détectée avec une précision d'environ 17 μT (comparer avec le champ magnétique terrestre, qui varie de 25 à 65 μT). La direction du champ magnétique peut également être déterminée.
"Ces lignes de luminescence sont prometteuses pour créer des capteurs de champ magnétique déportés qui ne nécessitent pas de champ magnétique et/ou micro-onde constant ou variable supplémentaire et sont capables de fonctionner dans une très large gamme de champs magnétiques mesurés. Nos résultats ouvrent la voie à le développement d'un capteur de champ magnétique pour, par exemple, des répéteurs quantiques installés dans une ligne de communication quantique étendue », expliquent les chercheurs. Pour mettre en place un capteur pratique et commode, ils proposent d'utiliser un filtre interférentiel et un interféromètre Fabry-Perot.
Une autre découverte intéressante de cette recherche est la possibilité d'évaluer le rapport isotopique du lithium dans le cristal et les déformations aléatoires du réseau (c'est-à-dire la qualité du cristal) en analysant les spectres de luminescence à haute résolution. Étude des propriétés magnétiques de l'hélium-3
