Students and staffPhilanthropyMedia

Inovatīvs risinājums augsta magnētiskā lauka un augstas elektriskās strāvas stabilizēšanai, izmantojot krāsu centrus dimantā

Projekta nosaukums latviski: Inovatīvs risinājums augsta magnētiskā lauka un augstas elektriskās strāvas stabilizēšanai, izmantojot krāsu centrus dimantā

Projekta nosaukums angliski: A novel solution for high magnetic field and high electric current stabilization using color centers in diamond

Projekta numurs: lzp-2021/1-0379

Projekta īstenotājs: Latvijas Universitāte (LU)

Projekta vadītājs: Mārcis Auziņš

Projekta īstenošanas vadošā struktūrvienība LU ir Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultāte

Projekta īstenošanas periods: 03.01.2022. – 30.12.2024.

Projekta kopējais finansējums: 300 000 EUR

Informācija par projektu:

Šis projekts uzstāda pētniecības mērķus ar ilgtermiņa perspektīvu tiešai tehnoloģiskai izaugsmei un ietekmei uz ekonomiku ar lielas pievienotās vērtības produktu radīšanas potenciālu. Šī īstermiņa projekta galvenās darbības ir vērstas uz Latvijas Universitātes kapacitātes stiprināšanu uz izcilu pētniecību balstītai sadarbībai tehnoloģiju attīstībā Eiropas līmenī. Šis projekta ietvaros tiek izveidota uz kvantu sensoru balstītu iekārta, kas ļauj stabilizēt augstu elektrisko līdzstrāvu ar augstu precizitāti. Potenciālie tālākie pielietojumi saistīti ar pētniecību un medicīnu: stabili elektromagnēti, kodolu magnētiskā rezonanse, plazmas kontrole, daļiņu plūsmu virzīšana, lielas jaudas lāzeri, elektroķīmisku reakciju kontrole. Līdz projekta beigām plānots izveidot uz kvantu sensoru balstītu iekārtu un metodi, kas pret saviem vispasaules konkurentiem izcelsies ar mērījumu jutību un precizitāti. Tā pat izveidotās iekārtas dizains potenciāli atļauj gan samazināt iekārtas izmērus, gan izmaksas, gan energopatēriņu, un tādējādi sper soli pretī komerciāliem pielietojumiem. Šī projekta mērķgrupa ir LU zinātne un tās potenciāla izaugsme. Šajā projektā attīstītās tehnoloģijas ļauj veidot sadarbību gan medicīnisku, gan inženiertehnisku pielietojumu virzienos, piem., lielu magnētisko lauku kontrolei (tieši saistīts ar strāvas stabilitāti), saglabājot to virzienu un lielumu nemainīgu, kas ir svarīgi vienam no LU partnerim CERN.

Zinātniskā grupa: Latvijas Universitātes Lāzeru centra Krāsu centru fizikas laboratorija

Galvenie projekta rezultāti:

Projekts tika īstenots secīgi realizējot plānotos darba uzdevumus, sākot no NV (slāpekļa-vakances) centru dimantos fizikālo īpašību teorētiskās analīzes līdz eksperimentālu magnetometrijas sistēmu izstrādei un validācijai projekta rezultātu sasniegšanai. Projekta gaitā tika izstrādātas un optimizētas divas eksperimentālās iekārtas, veikti sistemātiski mērījumi dažādos režīmos, kā arī pielāgotas datu apstrādes metodes augstas jutības magnētiskā lauka mērījumiem.

Attēls: magnētiskā lauka mērījumu jutības optimizācija, mainot lāzera un mikroviļņu jaudas, kas tiek pievadītas NV centriem dimanta kristālā.

Galvenās projekta aktivitātes ietvēra NV centru saturošu dimanta paraugu sagatavošanu un raksturošanu, optisko un mikroviļņu sistēmu izstrādi un integrāciju, kā arī magnētiskā lauka mērījumu veikšanu dažādās eksperimentālās konfigurācijās. Projekta gala rezultātā tika izveidots prototips - kompakta, pārvietojama iekārta, ar ko iespējams nomērīt ļoti mazus magnētiskos laukus un to izmaiņas, piemēram, elektriskās strāvas stabilizēšanas nolūkos un kā alternatīvu komunikācijas platformu, kas uztver magnētiskā lauka nevis elektriskā lauka (kas tiek izmantots klasiskajos radio sakaros) izmaiņas. Paralēli eksperimentālajam darbam tika veikta iegūto rezultātu teorētiskā interpretācija un sagatavoti ziņojumi starptautiskām konferencēm un publikācijām.

​Attēls: izveidotais prototips - magnētiskā lauka mērīšanas iekārta, kuras darbība balstīta uz kvantu efektiem NV centros dimantā.

Projektu īstenoja Latvijas Universitātes Lāzeru Centra zinātniskā grupa, kurā ietilpa vadošie pētnieki ar pieredzi kvantu fizikā, optikā un cietvielu fizikā, kā arī jaunie zinātnieki, doktoranti (iesniegta viena doktora disertācija promocijas padomē) un bakalauri, kas pēc projekta izpildes kļuva par maģistriem, - projekts kalpoja kā platforma jauno pētnieku profesionālajai izaugsmei un iesaistei augsta līmeņa starptautiskā zinātniskā darbā.

Attēls: magnētiskā lauka izmaiņu uztveršana lielākos attālumos.

Projekta rezultātā iegūti jauni zinātniski rezultāti NV centru kvantu magnetometrijas jomā, demonstrējot uzlabotas magnētiskā lauka mērījumu metodes un sensoru veiktspējas raksturojumu:

Projekta laikā ar to saistītie rezultāti prezentēti arī 9 starptautiskās zinātniskajās konferencēs. Jaunā zinātība reģistrēta Latvijas Universitātē un sagatavoti vairāki jauni nacionāla un starptautiska līmeņa projektu pieteikumi. Projekta ietvaros tika stiprināta Latvijas Universitātes kompetence kvantu sensoru tehnoloģiju pētījumu un izstrādes jomā un radīts pamats jaunām sadarbības iespējam, jau šobrīd veicinot sadarbības ar pētniekiem Vācijā, Nīderlandē un Itālijā.