Ученые научно-образовательного центра (НОЦ) "Российская Арктика" в Архангельске разработали метод сверхточного измерения магнитного поля при использовании монокристаллов выращенных алмазов, рассказал ТАСС в понедельник научный руководитель НОЦ Марат Есеев. Технология может использоваться для геопозиционирования по магнитному полю Земли без использования спутников как альтернатива GPS и ГЛОНАСС.

"Мы создали установки, которые позволяют получать сенсоры для магнитного поля, устройство для изучения сверхточного измерения магнитного поля. Это может быть магнитное поле Земли, может быть магнитное поле, которое возникает при исследовании человеческого организма с помощью магнитно-резонансной томографии. Но суть не меняется - это квантовый сверхточный датчик магнитного поля, - сказал Есеев. - Это может использоваться для геолокации. На сегодняшний день для геопозиционирования используют GPS и ГЛОНАСС-системы. Это параллельная система, которая никак не связана со спутниками, она основана на измерении магнитного поля Земли".

Алмаз, природный или искусственный, обладает уникальными прочностью и прозрачностью. Но кристаллы природного происхождения имеют большое количество дефектов, это придает им ювелирную ценность, а для технологических целей их использовать нельзя. Синтетический алмаз, который выращен под контролем, обладает более выстроенной и упорядоченной структурой, при этом кристалл в определенных точках можно модифицировать.

Для разработки магнитных сенсоров применяются так называемые энви-центры (NV-центры, азото-вакансионные, или азото-замещенные центры). При этом в структуру кристалла внедряется атом азота и выбивается атом углерода, возникает нарушение строения кристаллической решетки алмаза, образовавшаяся вакансия связывается с атомом азота.

Этот центр в пластиночке алмаза делает его чрезвычайно чувствительным в оптическом диапазоне к малейшим изменениям электромагнитного поля. "Облучая этот алмаз лазером с определенной длиной волны, допустим 532 нм, мы можем наблюдать рассеяние этого излучения, которое фиксируется фотодетекторами высокоточными, но достаточно обычными, и это излучение меняется от того, в каком электромагнитном поле находится этот атом. Причем одновременно меряется как величина магнитного поля, так и направление. Все фиксируется с точностью, которая в 100 тыс. раз превышает точность обычных датчиков магнитного поля", - пояснил ученый.

Геолокация для высоких широт

Для геопозиционирования можно использовать аномалии магнитного поля Земли, что дает возможность привязки к координатам, сравнимую со спутниковыми системами. При этом в ряде районов планеты у нее есть преимущество. Например, геолокация в Арктике затруднена, потому что группировка спутников над этой частью Земли невелика, кроме того, точности позиционирования может мешать ионизация атмосферы и другие явления.

На сегодняшний день в НОЦ создан стенд для изучения свойств энви-центров. "Задача сейчас состоит в том, чтобы его сделать компактным, миниатюрным, сделать его по сути дела устройством 15 на 15 см, - отметил Есеев, добавив, что компактный сенсор будет сделан в 2023 году. - Наша задача - сделать устройство, мы хотим в данном случае продемонстрировать в том числе и коллективам, которые работают по квантовым технологиям в России, что можно сделать конечный продукт, который будет успешен на рынке. На 2023 год мы хотим сделать конечное устройство <…> для измерения магнитного поля, компактное, практически 50 г".

Поставщиком сырья для сенсоров будет предприятие по выращиванию искусственных алмазов в Архангельске, где будут создаваться монокристаллические пластины с уникальными сенсорными свойствами. Это проект НОЦ с алмазодобывающей компанией "АГД Даймондс". В Северном Арктическом федеральном университете (САФУ) в рамках проекта открыта лаборатория, где изучают монокристаллические алмазные пластины с различными дефектами, в том числе энви-центры.