Elmas tozu düşük maliyetli, yüksek verimli manyetik alan tespiti sağlar

Anonim

UC Berkeley mühendisleri, elektronik alanlarımız, gezegenimiz ve hatta bedenlerimiz aracılığıyla akan manyetik alanları nasıl ölçtüğümüzde devrim yaratacak manyetik alan dedektörlerine güç vermek için gerekli enerjiyi önemli ölçüde azaltan bir cihaz yarattılar.

"Bugün en iyi manyetik sensörler hantal, sadece aşırı sıcaklıklarda çalışırlar ve onbinlerce dolara mal olabilirler, " diyen Dominic Labanowski, doktora sonrası araştırmacı olarak nitrojenle aşılanmış elmaslardan yapılmış olan cihazı yaratmaya yardım etti. elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimleri bölümünde. "Sensörlerimiz, navigasyondan medikal görüntülemeye ve doğal kaynak aramalarına kadar pek çok uygulamada daha zor kullanımlı sensörlerin yerini alabilir."

Elmas bazlı bir sensör, bir manyetik alanı her ölçtüğünde, manyetik alanlara duyarlı olmalarını sağlamak için önce 1 ila 10 Watt mikrodalga radyasyonu ile püskürtülmelidir; bu, elektronik bileşenleri eritmek için yeterli güçtür. Araştırmacılar küçük elmasları mikrodalgalarla 1000 kat daha az güç kullanarak harekete geçirmenin yeni bir yolunu buldular ve bu da cep telefonları gibi elektronik cihazlara sığabilecek manyetik algılama cihazları üretmeyi mümkün kıldı.

Bu çalışma, Sayeef Salahuddin'in UC Berkeley'deki laboratuarında Ohio State Üniversitesi'nden araştırmacılarla işbirliği içinde yürütülüyordu. Ekip, cihazlarını Science Advances dergisinde çevrimiçi olarak 7 Eylül'de bildiriyor.

Kusurlu elmas

Bir elmasın nitrojen gazı ile bombardımanına tabi tutulması, son derece ısmarlanmış karbon atomlarının bir kısmını azot atomlarıyla değiştirebilir. Nitrojen boşlukları (nitrojen boşluk (NV) merkezleri) olarak adlandırılan bu nitrojen ara-maddeleri, bilim adamları tarafından iyi anlaşılan benzersiz özelliklere sahiptir.

Labanowski, "Bu NV merkezlerini çok güçlü sensörler olarak kullanabilirsiniz, ancak geleneksel olarak uygulamaları sınırlıydı çünkü bunları okumak için çok fazla güç gerekiyor, " diyor.

Manyetik alanların tespiti için bilim adamları, yüksek frekanslı mikrodalga radyasyonu olan NV merkezlerine, standart mikrodalga cihazınızın gücünün yaklaşık yüzyılı veya ortalama cep telefonu tarafından tüketilen gücün on katına eşittir. Daha sonra NV merkezlerini azot atomları tarafından emilen ve yayılan bir lazerle aydınlatırlar.

Manyetik alanın gücü yayılan lazer ışığının gücü ile ilgilidir: yayılan ışığın yoğunluğu alan gücünü ölçmek için kullanılabilir

Aygıtı yaratmak için araştırmacılar, çokuluslu olarak adlandırılan bir film üzerine elmas nanokristalleri (binlerce NV merkezi içeren) yerleştirdiler. Bu yeni malzeme türü, mikrodalga enerjisini kristallere çok daha verimli bir şekilde aktarabilmektedir.

Labanowski, "Bu teknik, sensörlerin güç tüketimini önemli ölçüde azaltır ve onları gerçekçi uygulamalar için kullanılabilir kılar." Dedi.

Gövde ve Dünya Altında Görüntüleme

Manyetik sensörlerin tıbbi uygulamaları, beyin dalgalarını ölçmek için manyetik alanların kullanıldığı magnetoensefalografiyi veya görüntü kalp fonksiyonuna manyetik alanları kullanan manyeto- kardiyografiyi içerir. Şu anda bu makineler küçük bir odanın büyüklüğüdür ve 3 milyon dolara mal olabilir.

Labanowski, "Düşük güçte NV sensörleri ile oda büyüklüğündeki bir manyetoensefalografi makinesini alıp kask gibi bir şeye dönüştürmeyi hayal edebileceksiniz, " dedi.

Sensörler ayrıca, yer altı seyrek yer altı metallerinin tespit edilmesine yardımcı olacak düzlemlere veya dronlara yerleştirilebilir ya da seyrüseferi geliştirmek için cep telefonlarında kullanılabilir.

Salahuddin, manyetik alan tespiti NV merkezlerinin sadece bir uygulamasıdır. Ekip, çok çeşitli uygulamalarda NV merkezlerini ve diğer kuantum sistemlerini kullanmak için teknolojilerini geliştirmeyi planlıyor.

Salahuddin, "Manyetik alan algılamasını vurgularken, çalışmalarımız kuantum hesaplamalarının da dahil olduğu çok daha geniş uygulama alanları ile kuantum sistemlerinin genel olarak elektrikle manipülasyonuna yol açabilir." Dedi.

menu
menu