Diamantový prach umožňuje nízkou cenu a vysokou účinnost detekce magnetického pole

Our Miss Brooks: Indian Burial Ground / Teachers Convention / Thanksgiving Turkey (Smět 2019).

Anonim

Inženýři společnosti UC Berkeley vytvořili zařízení, které dramaticky snižuje energii potřebnou k napájení detektorů magnetických polí, což by mohlo způsobit revoluci v tom, jak měříme magnetické pole, které proudí přes naši elektroniku, naši planetu a dokonce i naše těla.

"Nejlepší magnetické senzory, které tam dnes jsou, jsou objemné, fungují jen při extrémních teplotách a mohou stát desítky tisíc dolarů, " řekl Dominic Labanowski, který pomohl vytvořit zařízení, které je vyrobeno z diamantů naplněných dusíkem jako postdoktorský výzkumník v oddělení elektrotechniky a informatiky. "Naše snímače by mohly nahradit ty obtížněji použitelné senzory v mnoha aplikacích od navigace až po lékařské zobrazování až po průzkum přírodních zdrojů."

Pokaždé, když snímač založený na diamantu měří magnetické pole, musí být nejprve odpalován 1 až 10 W mikrovlnného záření, aby byl citlivý na magnetické pole, což je dostatek energie k tavení elektronických součástek. Výzkumníci našli nový způsob, jak vzrušit drobné diamanty s mikrovlnami s použitím 1000 krát méně energie, takže je možné vytvořit magnetické snímací zařízení, které se vejde do elektroniky, jako jsou mobilní telefony.

Tato práce byla vedena laboratoří Sayeefa Salahuddina v UC Berkeley ve spolupráci s výzkumníky z Ohio State University. Tým hlásí své zařízení online 7. září v časopise Science Advances.

Vadné diamanty

Bombardování diamantu proudem dusíku může vyřadit některé z jeho vysoce uspořádaných atomů uhlíku a nahradit je atomy dusíku. Tito nosiči dusíku - nazývaní centra prázdných dusíků (NV) - mají jedinečné vlastnosti, které vědci dobře rozumí.

"Tyto NV centra můžete využívat jako velmi výkonné senzory, ale tradičně jejich aplikace jsou omezené, protože jim je zapotřebí mnoho čitelů, " řekl Labanowski.

K detekci magnetických polí musí vědci nejprve nalézt centra NV s vysokým výkonem mikrovlnného záření, což odpovídá zhruba jedné stotině výkonu standardní mikrovlnné trouby nebo desetinásobku výkonu spotřebované průměrným mobilním telefonem. Poté osvětlí centra NV pomocí laseru, který je absorbován a emitován atomy dusíku.

Pevnost magnetického pole souvisí s pevností vyzařovaného laserového světla: intenzita vyzařovaného světla může být použita k měření intenzity pole

Pro vytvoření zařízení výzkumníci umístili diamantové nanokrystaly obsahující tisíce center NV na film nazvaný multiferoický. Tento nový typ materiálu je schopen mnohem účinněji přenášet mikrovlnnou energii na krystaly.

"Tato technika dramaticky snižuje spotřebu energie snímačů a činí je použitelnými pro realistické aplikace, " řekl Labanowski.

Zobrazování uvnitř těla a pod zemí

Lékařské aplikace magnetických senzorů zahrnují magnetoencefalografii, která využívá magnetické pole pro měření mozkových vln nebo magnetokardiografii, která využívá magnetických polí k zobrazování srdečních funkcí. V současné době jsou tyto stroje velikosti malého pokoje a mohou stát až 3 miliony dolarů.

"S nízkoenergetickými snímači NV byste si mohli představit, že budete mít magnetoencefalografický stroj o velikosti místnosti a přeměňovat ho na helmu, což dramaticky snižuje velikost a náklady, " řekl Labanowski.

Senzory by mohly být také umístěny v letadlech nebo na palubách, aby pomohly při pokusech o kovy vzácných zemin pod zemí, nebo se používají v mobilních telefonech ke zlepšení navigace.

Detekce magnetického pole je jen jednou aplikací středisek NV, říká Salahuddin. Tým plánuje zdokonalit svou technologii tak, aby používala NV centra a další typy kvantových systémů v nejrůznějších aplikacích.

"Zatímco jsme zdůrazňovali snímání magnetického pole, naše práce by mohla vést k elektrické manipulaci s kvantovými systémy obecně s mnohem širšími oblastmi použití, včetně kvantové výpočetní techniky, " řekl Salahuddin.

menu
menu