La poussière de diamant permet une détection à faible coût et à haut rendement du champ magnétique

Anonim

Les ingénieurs d'UC Berkeley ont créé un dispositif qui réduit considérablement l'énergie nécessaire pour alimenter les détecteurs de champs magnétiques, ce qui pourrait révolutionner la façon dont nous mesurons les champs magnétiques qui circulent dans nos composants électroniques, notre planète et même nos corps.

"Les meilleurs capteurs magnétiques sont encombrants, fonctionnent uniquement à des températures extrêmes et peuvent coûter des dizaines de milliers de dollars", a déclaré Dominic Labanowski, qui a contribué à la création du dispositif postdoctoral à partir de diamants infusés d’azote. dans le département de génie électrique et informatique. "Nos capteurs pourraient remplacer ces capteurs plus difficiles à utiliser dans de nombreuses applications, de la navigation à l'imagerie médicale, en passant par l'exploration des ressources naturelles."

Chaque fois qu'un capteur à base de diamant mesure un champ magnétique, il doit d'abord être dynamité avec un rayonnement micro-ondes de 1 à 10 watts pour les rendre sensibles aux champs magnétiques, ce qui est suffisant pour faire fondre les composants électroniques. Les chercheurs ont découvert une nouvelle façon d’exciter les minuscules diamants avec des micro-ondes utilisant 1000 fois moins d’énergie, ce qui rend possible la création de dispositifs de détection magnétique pouvant s’intégrer dans l’électronique comme les téléphones portables.

Ce travail a été mené par le laboratoire de Sayeef Salahuddin à l'Université de Berkeley, en collaboration avec des chercheurs de l'Ohio State University. L'équipe publie son appareil en ligne le 7 septembre dans la revue Science Advances .

Diamants défectueux

En bombardant un diamant avec un jet d’azote, on peut éliminer certains de ses atomes de carbone hautement ordonnés, en les remplaçant par des atomes d’azote. Ces intrants azotés, appelés centres d'inoccupation des azotes, possèdent des propriétés uniques bien comprises par les scientifiques.

"Vous pouvez utiliser ces centres NV comme des capteurs très puissants, mais traditionnellement leurs applications ont été limitées car leur lecture nécessite beaucoup de puissance", a déclaré Labanowski.

Pour détecter les champs magnétiques, les scientifiques doivent tout d'abord atteindre les centres de NV avec un rayonnement micro-ondes très puissant, équivalent à environ un centième de la puissance de votre micro-ondes standard ou dix fois supérieur à celui d'un téléphone cellulaire moyen. Ils éclairent ensuite les centres NV avec un laser qui est absorbé et émis par les atomes d'azote.

La force du champ magnétique est liée à la force de la lumière laser émise: l'intensité de la lumière émise peut être utilisée pour mesurer l'intensité du champ

Pour créer le dispositif, les chercheurs ont placé des nanocristaux de diamant (contenant chacun des milliers de centres NV) sur un film appelé multiferroïque. Ce nouveau type de matériau est capable de transférer l'énergie des micro-ondes aux cristaux beaucoup plus efficacement.

"Cette technique réduit considérablement la consommation d'énergie des capteurs et les rend utilisables pour des applications réalistes", a déclaré Labanowski.

Imagerie à l'intérieur du corps et sous la terre

Les applications médicales des capteurs magnétiques comprennent la magnétoencéphalographie, qui utilise des champs magnétiques pour mesurer les ondes cérébrales, ou la magnétocardiographie, qui utilise des champs magnétiques pour visualiser la fonction cardiaque. Actuellement, ces machines ont la taille d’une petite pièce et peuvent coûter plus de 3 millions de dollars.

«Avec des capteurs NV à faible consommation, vous pouvez imaginer prendre un magnétoencéphalographe de la taille d’une pièce et le transformer en casque, ce qui réduit considérablement la taille et les coûts», a déclaré Labanowski.

Les capteurs pourraient également être placés dans des avions ou des drones pour aider à repérer les métaux des terres rares sous terre ou utilisés dans les téléphones portables pour améliorer la navigation.

Salahuddin dit que la détection du champ magnétique n'est qu'une application des centres NV. L'équipe prévoit d'affiner leur technologie pour utiliser les centres NV et d'autres types de systèmes quantiques dans une grande variété d'applications.

"Bien que nous ayons mis l'accent sur la détection de champ magnétique, notre travail pourrait conduire à une manipulation électrique des systèmes quantiques en général avec des domaines d'application beaucoup plus larges, y compris l'informatique quantique", a déclaré Salahuddin.

menu
menu