Diamantni prah omogoča nizko cenovno, visoko učinkovitost odkrivanja magnetnega polja

Anonim

Inženirji UC Berkeleya so ustvarili napravo, ki dramatično zmanjšuje energijo, potrebno za zaznavanje magnetnega polja, kar bi lahko spremenilo, kako merimo magnetna polja, ki tečejo skozi našo elektroniko, naš planet in celo naše telo.

"Danes so najboljši magnetni senzorji kosi, delujejo samo pri ekstremnih temperaturah in lahko stanejo več deset tisoč dolarjev, " je povedal Dominic Labanowski, ki je pomagal ustvariti napravo, ki je izdelana iz diamantov, ki jih je prinesel dušik, kot podoktorski raziskovalec na oddelku za elektrotehniko in računalništvo. "Naši senzorji bi lahko nadomestili te težje uporabne senzorje v veliko aplikacijah od navigacije do medicinskega slikanja do raziskovanja naravnih virov".

Vsakič, ko senzor na osnovi diamanta meri magnetno polje, ga je treba najprej z 1 do 10 vati mikrovalovnega sevanja najprej opozoriti na občutljivost na magnetna polja, ki imajo dovolj moči za taljenje elektronskih komponent. Raziskovalci so našli novo pot za vznemirjanje majhnih diamantov z mikrovalovi, ki uporabljajo 1000-krat manj energije, zaradi česar je mogoče ustvariti naprave za zaznavanje magnetov, ki se lahko prilegajo elektroniki, kot so mobilni telefoni.

To delo je vodil laboratorij Sayeef Salahuddin v UC Berkeley v sodelovanju z raziskovalci Univerze v Ohaju. Ekipa poroča svojo napravo na spletu 7. septembra v reviji Science Advances .

Okvarjeni diamanti

Bombardiranje diamanta z curkom dušikovega plina lahko izbriše nekatere svoje visoko urejene ogljikove atome, ki jih nadomeščajo z atomi dušika. Ti dušikovi mešalniki - imenovani dušikovi prostori (NV) - imajo edinstvene lastnosti, ki jih znanstveniki dobro razumejo.

"Te centre NV lahko uporabljate kot zelo močne senzorje, vendar so njihove aplikacije tradicionalno omejene, ker jih je moč prebrati, " je povedal Labanowski.

Za odkrivanje magnetnih polj morajo znanstveniki najprej udariti NV centre z močnim mikrovalovnim sevanjem, enako sto stotini moči vaše standardne mikrovalovne pečice ali desetkratno močjo, ki jo porabi povprečni mobilni telefon. Nato osvetljujejo centre NV z laserjem, ki ga absorbirajo in oddajajo atomi dušika.

Jakost magnetnega polja je povezana z močjo oddane laserske svetlobe: intenzivnost oddajane svetlobe se lahko uporabi za merjenje jakosti polja

Za izdelavo naprave so raziskovalci postavili diamantne nanokristale, ki vsebujejo na tisoče NV centrov, na film, imenovano multiferroic. Ta nova vrsta materiala lahko veliko bolj učinkovito prenese mikrovalovno energijo v kristale.

"Ta tehnika dramatično zmanjšuje porabo energije senzorjev in jih naredi uporabne za realistične aplikacije", je dejal Labanowski.

Slikanje znotraj telesa in pod zemljo

Medicinske aplikacije magnetnih senzorjev vključujejo magnetoencefalografijo, ki uporablja magnetna polja za merjenje možganskih valov ali magnetokardiografijo, ki uporablja magnetna polja za slikanje srčne funkcije. Trenutno ti stroji so velikost majhne sobe in lahko stanejo več kot 3 milijone dolarjev.

"S senzorji nizke moči NV si lahko zamislite, da boste z magnetoencefalografijo napravili prostor in ga spremenili v nekaj, kot je čelada, kar dramatično zmanjšuje velikost in stroške, " je dejal Labanowski.

Senzorji se lahko namestijo tudi v letala ali brezpilotne letve, ki pomagajo odkrivati ​​podzemne kovine redkih zemelj in jih uporabljati v mobilnih telefonih za izboljšanje navigacije.

Detekcija magnetnega polja je samo ena aplikacija NV centrov, pravi Salahuddin. Ekipa načrtuje izboljšati svojo tehnologijo za uporabo NV centrov in drugih vrst kvantnih sistemov v najrazličnejših aplikacijah.

"Medtem ko smo poudarili zaznavanje magnetnega polja, bi naše delo lahko vodilo do električnih manipulacij kvantnih sistemov na splošno s precej širšimi področji uporabe, vključno s kvantnim računanjem, " je dejal Salahuddin.

menu
menu