Оптическое детектирование сигналов магнитного резонанса (ОДМР)

Одним из распространённых решений проблемы относительно низкой чувствительности ЭПР и недостаточной информативности оптических методов является использование оптического детектирования сигналов магнитного резонанса (ОДМР). В этом методе, при помощи регистрации изменений в сигнале оптической люминесценции в зависимости от приложенных внешних магнитных полей и РЧ/СВЧ частот, определяются условия резонансных переходов между спиновыми подуровнями связанного парамагнитного дефекта. В рамках проекта РНФ 23-22-00271 производится разработка и изготовление спектрометра ОДМР на базе промышленных спектрометров Bruker ElexSYS E680, Bruker ESP300 и лабораторно изготовленного спектрометра Q (37 ГГц) диапазона.  Основным преимуществом предложенной конструкции является световодная схема с пространственным разделением каналов оптического облучения и сбора фотолюминесценции, адаптированная под стандартный процесс пробоподготовки и стандартные измерительные ячейки спектрометров ЭПР. Благодаря этому предложенная в рамках проекта модернизация спектрометров ЭПР для проведения экспериментов по ОДМР позволит исследовать образцы любой формы: кристаллы, порошки, стёкла. Кроме того предполагается исследование спектров ОДМР как тестовых образцов, так образцов синтетических алмазов, нано и низко-размерных структур. Метод ОДМР также лежит в основе работы по манипулированию одиночными спинами и одиночными фотонами (кубитами) в карбиде кремния в условиях естественной среды. Исследуемые центры окраски в гексагональных и ромбических политипах карбида кремния (4H, 6H, 15R), а также в двумерных материалах гексагонального нитрида бора hBN могут быть использованы в качестве сенсоров магнитного поля и температуры с субмикронным пространственным разрешением.

В целом, проект направлен на развитие научно-исследовательской инструментальной базы лаборатории электронного парамагнитного резонанса Казанского федерального университета. До настоящего времени в лаборатории ЭПР было возможно проведение стандартных измерений ЭПР/ДЭЯР/ДПЯ с возможностью дополнительной подсветки исследуемых образцов лазерным излучением различных длин волн. Таким образом, использование ОДМР является новым для лаборатории ЭПР КФУ и открывает возможности исследований традиционных образцов с большей информативностью, значительно увеличит потенциальные возможности исследовательской группы и расширит круг научного сотрудничества.