Он различает растяжение и сжатие и реагирует не только на статическую нагрузку, но и на вибрации в реальном времени.
Специалисты Университета Тохоку создали метод интеграции квантового датчика прямо в микроэлектромеханическую систему (МЭМС), вместо установки его в качестве отдельного блока. Исследование опубликовано в журнале Functional Diamond. МЭМС-устройства применяются в микрофонах, акселерометрах и биосенсорах. Это миниатюрные механические структуры, размещенные на кристалле. Механическое напряжение может негативно влиять на их работу, ослаблять стабильность и ускорять износ. Установка отдельного датчика напряжения на такую компактную конструкцию практически невозможна.
Команда из Тохоку предложила альтернативное решение. Чувствительный элемент встроили непосредственно в механическую структуру МЭМС. Такой подход позволяет измерять механическое напряжение без необходимости использования внешнего датчика и не требует увеличения размеров устройства.
В основе метода — азотно-вакансионный центр, или NV-центр: это дефект в кристаллической решетке алмаза, где атом азота заменяет атом углерода рядом с пустующим узлом решетки. Несмотря на то что это считается дефектом, он обладает полезным квантовым свойством.
При облучении зеленым лазером NV-центр излучает красную флуоресценцию, а его электронный спин может изменяться с помощью микроволн: когда частота микроволн совпадает с резонансной частотой спина, интенсивность флуоресценции изменяется. Этот эффект называется оптически детектируемым магнитным резонансом, или ODMR, и его резонансная частота чувствительна не только к магнитным полям, но и к температуре и механическому напряжению.
Исследователи поместили NV-центры внутри монокристаллической алмазной МЭМС-балки — консольной структуры, зафиксированной с одного края и свободной с другого, как стрелка часов. Когда на балку действует механическое напряжение, свободный конец начинает колебаться, и эти колебания смещают резонанс NV-центров в разные стороны в зависимости от того, растягивается или сжимается материал.
