Diamantstøv gjør det mulig med lave kostnader, høyeffektiv magnetfeltdeteksjon

Indiana Jones Kangaroo Whip DIY (Mars 2019).

Anonim

UC Berkeley ingeniører har laget en enhet som dramatisk reduserer energien som trengs for å drive magnetfeltdetektorer, noe som kan revolusjonere hvordan vi måler magnetfeltene som strømmer gjennom vår elektronikk, vår planet og til og med våre kropper.

"De beste magnetiske sensorene der ute i dag er store, opererer kun ved ekstreme temperaturer, og kan koste titusenvis av dollar, " sa Dominic Labanowski, som bidro til å lage enheten, som er laget av nitrogen-infused diamonds, som postdoktorale forsker i avdeling for elektroteknikk og datavitenskap. "Våre sensorer kan erstatte de vanskeligere å bruke sensorer i mange applikasjoner fra navigasjon til medisinsk bildebehandling til naturressursutforskning."

Hver gang en diamantbasert sensor måler et magnetfelt, må det først sprenges med 1 til 10 watt mikrobølgestråling for å prege dem for å være følsomme for magnetfelter, som er nok kraft til å smelte elektroniske komponenter. Forskerne fant en ny måte å spenne små diamanter med mikrobølger med 1000 ganger mindre strøm, noe som gjør det mulig å lage magnetiske sensorer som kan passe inn i elektronikk som mobiltelefoner.

Dette arbeidet ble ledet av Sayeef Salahuddins laboratorium ved UC Berkeley i samarbeid med forskere fra Ohio State University. Teamet rapporterer sin enhet på nettet 7. September i journal Science Advances.

Defekte diamanter

Bombarding en diamant med en stråle med nitrogengass kan slå ut noen av sine høybestilte karbonatomer, erstatte dem med nitrogenatomer. Disse nitrogenintervaller-kalt nitrogen-stillingen (NV) -sentre har unike egenskaper som er godt forstått av forskere.

"Du kan bruke disse NV-sentrene som svært kraftige sensorer, men tradisjonelt har deres applikasjoner vært begrenset fordi det tar mye strøm for å lese dem, " sa Labanowski.

For å oppdage magnetfelter må forskerne først treffe NV-sentrene med kraftig mikrobølgestråling, som tilsvarer omtrent en hundre av kraften i din standard mikrobølgeovn eller ti ganger kraften som forbrukes av en gjennomsnittlig mobiltelefon. De belyser NV-sentrene med en laser, som absorberes og utledes av nitrogenatomer.

Styrken til magnetfeltet er relatert til styrken til det utstrålede laserlyset: intensiteten til det utstrålede lyset kan brukes til å måle feltstyrken

For å lage enheten, plasserte forskerne diamant nanokrystaller-inneholdende tusenvis av NV-sentre på en film kalt multiferroic. Denne nye typen materiale er i stand til å overføre mikrobølgeenergi til krystallene mye mer effektivt.

"Denne teknikken reduserer sensorens strømforbruk dramatisk og gjør dem brukbare for realistiske applikasjoner, " sa Labanowski.

Imaging inne i kroppen og under jorden

Medisinske applikasjoner av magnetiske sensorer inkluderer magnetoencefalografi, som bruker magnetfelter til å måle hjernebølger eller magnetokardiografi, som bruker magnetfelt til bildehjertefunksjon. For tiden er disse maskinene størrelsen på et lite rom og kan koste opp til $ 3 millioner.

"Med lav-effekt NV-sensorer, kan du tenke deg å ta en romstørrelsesmagnetoencefalografimaskin og gjøre den til noe som en hjelm, dramatisk redusere størrelsen og kostnadene, " sa Labanowski.

Sensorene kan også plasseres i fly eller droner for å hjelpe til med å spotte sjeldne jordmetaller under jorden, eller brukes i mobiltelefoner for å forbedre navigasjonen.

Magnetisk felt deteksjon er bare en applikasjon av NV sentre, sier Salahuddin. Teamet planlegger å avgrense teknologien til å bruke NV-sentre og andre typer kvantesystemer i et bredt spekter av applikasjoner.

"Mens vi understreket magnetfeltavkjenning, kan vårt arbeid føre til elektrisk manipulering av kvantesystemer generelt med mye bredere anvendelsesområder, inkludert kvantemåling, " sa Salahuddin.

menu
menu