Timanttipöly mahdollistaa edullisen ja tehokkaan magneettikentän tunnistuksen

Anonim

UC Berkeley -insinöörit ovat luoneet laitteita, jotka vähentävät dramaattisesti energiaa, joka tarvitaan magneettisten kenttäantureiden virrankäyttöön, mikä voisi mullistaa miten me mittaamme magneettikenttiä, jotka kulkevat elektroniikkamme, planeetamme ja jopa ruumiimme kautta.

"Nykyisin parhaat magneettiset anturit ovat suuret, toimivat vain äärimmäisissä lämpötiloissa, ja ne voivat maksaa kymmeniä tuhansia dollareita", sanoi Dominic Labanowski, joka auttoi luomaan typpipohjaisista timanteista valmistetun laitteen tutkijatohtoriksi sähkötekniikan ja tietotekniikan osastolla. "Anturit voivat korvata ne vaikeammin käytettävät anturit monissa sovelluksissa navigoinnista lääketieteelliseen kuvantamiseen luonnonvarojen etsintään."

Joka kerta, kun timanttipohjainen anturi mittaa magneettikentän, se on ensin tuulennettava 1-10 wattia mikroaaltosäteilyä vastaan, jotta se voidaan herkäksi magneettikentille, mikä riittää sähköisten komponenttien sulattamiseen. Tutkijat löysivät uuden tavan piristää pieniä timantteja mikroaalloilla käyttäen 1000 kertaa vähemmän virtaa, mikä tekee mahdolliseksi luoda magneettisia antureita, jotka sopivat elektroniikkaan, kuten matkapuhelimiin.

Tätä työtä johti Sayeef Salahuddinin laboratorio UC Berkeleyssä yhteistyössä Ohio State Universityn tutkijoiden kanssa. Tiimi raportoi laitteensa verkossa syyskuussa 7 Science Advances -lehdessä.

Vialliset timantit

Pommittamalla timantti, jossa on typpikaasua, voi koputtaa joitakin sen hyvin järjestetyistä hiiliatomista ja korvata ne typpiatomeilla. Nämä typpikapasiteetit - nimeltään typpivapaiden (NV) keskukset - ovat ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka tutkijat ymmärtävät hyvin.

"Näitä NV-keskuksia voi käyttää erittäin tehokkaina antureina, mutta perinteisesti niiden sovellukset ovat olleet rajallisia, koska niiden lukeminen vaatii paljon valtaa", Labanowski sanoi.

Magneettikenttien havaitsemiseksi tutkijoiden on ensin osuttava NV-keskuksiin suuritehoisella mikroaaltosäteilyllä, joka on noin sata senttiä normaalin mikroaaltosi teholla tai kymmenen kertaa keskimääräisen matkapuhelimen kuluttaman tehon mukaan. Ne valaisevat sitten NV-keskukset laserilla, jonka typpiatomit absorboivat ja lähettävät.

Magneettikentän vahvuus liittyy emittoidun laservalon voimakkuuteen: emittoidun valon voimakkuutta voidaan käyttää kentänvoimakkuuden mittaamiseen

Laitteen luomi- seksi tutkijat sijoittaivat timanttikiteitä, jotka sisälsivät tuhansia NV-keskuksia kutakin kappaletta varten. Tämä uudentyyppinen materiaali kykenee siirtämään mikroaaltoenergiaa kiteisiin paljon tehokkaammin.

"Tämä tekniikka vähentää huomattavasti antureiden virrankulutusta ja tekee niistä käyttökelpoisia realistisille sovelluksille", Labanowski sanoi.

Kuvantaminen kehossa ja maan alla

Magneettisten antureiden lääketieteellisiin sovelluksiin kuuluu magnetoencefalografia, joka käyttää magneettikenttiä aivojen aaltojen mittaamiseen tai magneettikardiografiaa, joka käyttää magneettikenttiä kuvan sydämen toimintaan. Tällä hetkellä nämä koneet ovat pieni huone, ja ne voivat maksaa yli 3 miljoonaa dollaria.

"Pienikokoisilla NV-antureilla voit kuvitella huoneenkokoisen magnetoencefalogroskoneen ottamisen ja kääntämällä sen kypärään, mikä pienentää huomattavasti kokoa ja kustannuksia", Labanowski sanoi.

Anturit voidaan sijoittaa myös lentokoneisiin tai trkeihin, jotta ne voivat helpottaa harvinaisten maametallien havaitsemista maan alla tai käyttää matkapuhelimissa navigoinnin parantamiseksi.

Magneettikentän havaitseminen on vain yksi NV-keskusten sovellus, Salahuddin sanoo. Tiimi aikoo tarkentaa teknologiansa NV-keskusten ja muuntyyppisten kvanttijärjestelmien käyttöä monenlaisissa sovelluksissa.

"Vaikka olemme korostaneet magneettikentän tunnistamista, työmme voisi johtaa kvanttijärjestelmien sähköiseen manipulointiin yleensä paljon laajemmilla sovellusaloilla, kuten kvantti-laskennalla", Salahuddin sanoi.

menu
menu