Diamond tolm võimaldab madala hinnaga ja suure efektiivsusega magnetvälja tuvastamist

The surprising decline in violence | Steven Pinker (Juuli 2019).

Anonim

UC Berkeley insenerid on loonud seadme, mis vähendab dramaatiliselt magnetilise väli detektori võimsuseks vajalikku energiat, mis võib muuta meie elektroonika, meie planeedi ja isegi meie kehade kaudu voolavate magnetväljade mõõtmeid.

"Parimad magnetandurid, mis seal täna on, on mahukad, toimivad ainult äärmuslikel temperatuuridel ja võivad maksta kümneid tuhandeid dollareid, " ütles Dominic Labanowski, kes aitas luua postmatektori teadurina lämmastikuga immutatud teemantidega valmistatud seadet elektrotehnika ja infotehnoloogia osakonnas. "Meie andurid võivad asendada neid keerulisemaid andureid paljudes rakendustes, alates navigatsioonist kuni meditsiinilise pildistamiseni loodusvarade uurimiseni."

Iga päev, kui teemantpõhine sensor mõõdab magnetvälja, tuleb kõigepealt lõhkeda mikrolainekiirguse kiirusega 1-10 vatti, et muuta need magnetväljadele tundlikuks, mis on piisavalt võimas elektroonikakomponentide sulatamiseks. Uurijad leidsid uue viisi, kuidas hävitada väikseid teemante koos mikrolainetega, kasutades 1000 korda vähem energiat, mistõttu oleks võimalik luua magnetandureid, mis sobiksid elektroonikaga nagu mobiiltelefonid.

Seda tööd juhib Sayeef Salahuddini labor UC Berkeley's koostöös Ohio Riikliku Ülikooli teadlastega. Meeskond teavitab oma seadet 7. september ajakirjas Science Advances.

Defektsed teemandid

Teemant pommitamine lämmastikuga gaasiga joaga võib tuua välja mõned neist kõrgelt tellitud süsinikuaatomitest, asendades need lämmastikuaatomitega. Nimetatud lämmastikväljakute (nn lämmastikuvaba) (NV) keskused omavad unikaalseid omadusi, mida teadlased hästi mõistavad.

"Neid NV-keskusi saab kasutada väga võimsate anduritena, kuid traditsiooniliselt on nende rakendused olnud piiratud, kuna nende lugemine võtab palju aega, " ütles Labanowski.

Magnetväljade tuvastamiseks peavad teadlased kõigepealt tabama võimsat mikrolainekiirgust omavaid NV-keskusi, mis on umbes ühe sajandiku ulatuses tavapärase mikrolaine võimsusega või kümme korda keskmise mobiiltelefoniga tarbitud võimsusega. Seejärel valgustavad nad NV-keskusi laseriga, mida lämmastikuaatomid imenduvad ja kiirgavad.

Magnetvälja tugevus on seotud laskekiirguse tugevusega: valguse intensiivsust saab kasutada väljatugevuse mõõtmiseks

Seadme loomiseks paigutasid teadlased teemant-nanokristallid, mis sisaldasid tuhandeid NV keskuseid, filtrile, mida nimetatakse multifroooksiks. See uus materjali tüüp on võimeline mikrolaineenergiat kristallidele palju tõhusamalt edasi kandma.

"See tehnika vähendab tunduvalt andurite energiatarvet ja muudab need realistlikeks rakendusteks kasulikuks, " ütles Labanowski.

Imaging Inside keha ja all maa

Magnetandurite meditsiinilised rakendused hõlmavad magnetoencefalograafiat, mis kasutab aju lainete mõõtmiseks magnetvälju või magnetokardiograafiat, mis kasutab magnetvälju kujutise südame funktsiooni jaoks. Praegu on need masinad väikese ruumi suurus ja võivad maksta 3 miljonit dollarit.

"Madala võimsusega NV-sensoritega võite ette kujutada, et võtate ruumi suurusega magnetoösfalograafia masina ja muudate selle kergemaks, vähendades oluliselt nii suurust kui ka kulusid, " ütles Labanowski.

Andureid võib paigutada ka lennukidesse või dronidesse, et aidata maatükil haruldaste muldmetallide määrimist või mobiiltelefonidel kasutada navigeerimise parandamiseks.

Magnetvälja tuvastamine on vaid üks NV keskuste rakendus, ütleb Salahuddin. Meeskond kavatseb oma tehnoloogia täiustada, et kasutada mitmesuguseid rakendusi NV keskuste ja muude kvantsisüsteemide jaoks.

"Kuigi me rõhutasime magnetvälja tajumist, võib meie töö põhjustada kvantisüsteemide elektrilise manipuleerimise üldiselt palju laiemate rakendusvaldkondade, sealhulgas kvantarvutustega, " ütles Salahuddin.

menu
menu