אבק יהלום מאפשר בעלות נמוכה וגילוי שדה מגנטי בעלות נמוכה

Anonim

מהנדסי UC ברקלי יצרו מכשיר שמפחית באופן דרמטי את האנרגיה הדרושה לשליטה בגלאי שדה מגנטיים, מה שעשוי לחולל מהפכה כיצד אנו מודדים את השדות המגנטיים הזורמים דרך האלקטרוניקה שלנו, הפלנטה שלנו ואפילו גופנו.

"החיישנים המגנטיים הטובים ביותר שם היום הם מגושמים, פועלים רק בטמפרטורות קיצוניות, ועולים עשרות אלפי דולרים", אמר דומיניק לבנובסקי, שעזר ליצור את המכשיר, אשר עשוי מחומרי חנקן, כחוקר פוסט-דוקטורט במחלקה להנדסת חשמל ומדעי המחשב. "החיישנים שלנו יכול להחליף את אלה חיישנים קשה יותר לשימוש בהרבה יישומים מ ניווט כדי הדמיה רפואית לחקירת משאבים טבעיים."

בכל פעם שחיישן מבוסס יהלום מודד שדה מגנטי, יש לפוצץ אותו תחילה ב -1 עד 10 וואט של קרינת מיקרוגל, כדי שיהיו רגישים לשדות מגנטיים, וזה מספיק כוח להמיס רכיבים אלקטרוניים. החוקרים מצאו דרך חדשה לעורר יהלומים זעירים עם גלי מיקרו באמצעות כוח של 1000 פעמים פחות, מה שהופך אותו אפשרי ליצור מכשירים חישה מגנטית שיכולים להשתלב האלקטרוניקה כמו טלפונים סלולריים.

עבודה זו הובלה על ידי המעבדה של סייף צאלחודין באוניברסיטת קליפורניה בברקלי בשיתוף עם חוקרים מאוניברסיטת אוהיו. הצוות מדווח על המכשיר המקוון שלהם ספטמבר 7 בכתב העת מדעי ההתקדמות.

יהלומים פגומים

פיצוץ יהלום עם סילון של גז חנקן יכול לדפוק כמה אטומים פחמן מסודרים ביותר שלה, להחליף אותם עם אטומי חנקן. אלה חנקן interlopers שנקרא חנקן ריקנות (NV) מרכזים יש מאפיינים ייחודיים כי הם הבינו היטב על ידי מדענים.

"אתה יכול להשתמש אלה מרכזי NV כמו חיישנים חזקים מאוד, אבל באופן מסורתי היישומים שלהם היו מוגבלים כי זה לוקח הרבה כוח לקרוא אותם", אמר Labanowski.

כדי לזהות שדות מגנטיים, מדענים צריכים קודם כל להכות את מרכזי ה- NV עם קרינת גלי מיקרו גבוהה, שווה בערך למאה מהמיקרוגל הסטנדרטי או פי עשרה מהכוח הנצרך על ידי טלפון סלולרי ממוצע. לאחר מכן הם מאירים את מרכזי NV עם לייזר, אשר נספג ונפלטים על ידי אטומי החנקן.

עוצמת השדה המגנטי קשורה לכוחו של אור הלייזר הנפלט: עוצמת האור הנפלט יכולה לשמש למדידת עוצמת השדה

כדי ליצור את המכשיר, החוקרים להציב nanocrystals יהלומים המכילים אלפי מרכזי NV כל אחד - על סרט בשם multiferroic. זה סוג חדש של חומר מסוגל להעביר אנרגיה מיקרוגל גבישים הרבה יותר ביעילות.

"טכניקה זו מפחיתה באופן דרמטי את צריכת החשמל של החיישנים והופכת אותם שמישים ליישומים מציאותיים", אמר לבנובסקי.

הדמיה בתוך הגוף ותחת כדור הארץ

יישומים רפואיים של חיישנים מגנטיים כוללים magnetoencephalography, אשר משתמש בשדות מגנטיים למדוד גלי מוח, או magnetocardiography, אשר עושה שימוש בשדות מגנטיים לתפקוד הלב של התמונה. כיום מכונות אלה הן בגודל של חדר קטן יכול לעלות למעלה מ -3 מיליון דולר.

"עם חיישנים עם הספק נמוך, אפשר לדמיין לעצמך שימוש במכונת מגנטו-אנלוגלוגיה בגודל החדר והפכתם למשהו כמו קסדה, הפחתת דרמטית של הגודל והעלויות", אמר לבנובסקי.

חיישנים יכול להיות גם להציב מטוסים או מזל"ט כדי לסייע באיתור מתכות אדמה נדירות מתחת לאדמה, או בשימוש בטלפונים סלולריים כדי לשפר את הניווט.

זיהוי שדה מגנטי הוא רק יישום אחד של מרכזי NV, אומר Salahuddin. הצוות מתכנן לחדד את הטכנולוגיה שלהם לשימוש במרכזי NV וסוגים אחרים של מערכות קוונטיות במגוון רחב של יישומים.

"כאשר הדגשנו את חישת השדות המגנטיים, העבודה שלנו עלולה להוביל למניפולציה חשמלית של מערכות קוונטיות באופן כללי עם תחומי יישום רחבים יותר, כולל מחשוב קוונטי", אמר סלאחודין.

menu
menu