研究成果在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上发表
2024年08月14日
磁场等弱环境的干扰在医学诊断、环境监测和材料科学中不容忽视，这些弱磁场的强度范围覆盖10-4 T到10-8 T，严重影响着生物系统的调节和行为响应和材料特性。因此，实现对弱磁场的精确的稳定的测量至关重要。传统的测量方法使用物理探针或光学干涉的手段检测磁性材料对场强变化的响应，然而，在测量弱磁场时，这种方法往往会受到噪声的严重干扰。本文开发出一种具有高透明度和高费尔德常数的磁光陶瓷作为弱值放大器件，通过量子弱测量技术实现弱值放大，来进一步提高磁场测量的灵敏度和稳定性。
实验室设计并制备得到一种组分为Dy2Zr2O7的高透明磁光陶瓷，样品在可见光波段直线透过率达到73%，并系统研究了粉体煅烧动力学对陶瓷致密化过程的影响。通过自主搭建的磁光效应测试光路，在连续光谱上测量得到了最高达283±5 rad/(T·m)的费尔德常数，并建立了电子跃迁机制阐明其磁光特性。更进一步，结合量子弱测量技术，样品在弱值放大方面表现出优越的性能，实现了3.5×10-8 T的磁场检测灵敏度的同时稳定工作超过6小时。该工作将陶瓷材料固有的热稳定特性与量子弱测量技术的信号放大、噪声抑制等优点相结合，实现了设备长时间高精度的有效运行，并且具有在极端环境下实现对磁场信号的精确测量的可能，为磁光陶瓷在基于量子弱测量的磁场传感应用提供了指导。
