ฝุ่นเพชรทำให้สามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีต้นทุนต่ำ

Anonim

วิศวกร UC Berkeley ได้สร้างอุปกรณ์ที่ช่วยลดพลังงานที่จำเป็นในการใช้เครื่องตรวจจับสนามแม่เหล็กซึ่งจะปฏิวัติวิธีที่เราวัดสนามแม่เหล็กที่ไหลผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดาวเคราะห์และแม้แต่ร่างกายของเรา

Dominic Labanowski ผู้ช่วยสร้างอุปกรณ์ซึ่งทำจากไนโตรเจน - ฟิวชั่นเพชรเป็นนักวิจัยดุษฏีบัณฑิตกล่าวว่า "เซนเซอร์แม่เหล็กที่ดีที่สุดในปัจจุบันมีขนาดใหญ่และทำงานได้เพียงแค่อุณหภูมิที่ร้อนจัดและสามารถใช้ต้นทุนได้นับหมื่นดอลลาร์" ในภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ เซนเซอร์ของเราสามารถแทนที่เซนเซอร์ที่ยากต่อการใช้งานในหลาย ๆ แอพพลิเคชั่นตั้งแต่การนำทางไปจนถึงภาพทางการแพทย์จนถึงการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ "

ทุกครั้งที่ใช้เซ็นเซอร์วัดด้วยสนามแม่เหล็กต้องใช้ระเบิดด้วยรังสีไมโครเวฟ 1 ถึง 10 วัตต์เพื่อให้มีความไวต่อสนามแม่เหล็กซึ่งเพียงพอที่จะทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ละลายได้ นักวิจัยพบวิธีใหม่ในการกระตุ้นเพชรขนาดเล็กด้วยไมโครเวฟโดยใช้พลังงานน้อยกว่า 1000 เท่าทำให้เป็นไปได้ในการสร้างอุปกรณ์ตรวจจับแม่เหล็กที่สามารถใส่ลงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นโทรศัพท์มือถือได้

งานนี้นำโดยห้องปฏิบัติการ Sayeef Salahuddin ที่ UC Berkeley ร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ ทีมรายงานอุปกรณ์ออนไลน์วันที่ 7 กันยายนในวารสาร Science Advances

เพชรชำรุด

การทิ้งระเบิดของเพชรด้วยไอพ่นของก๊าซไนโตรเจนสามารถทำให้คาร์บอนของอะตอมคาร์บอนได้รับคำสั่งสูงแทนที่ด้วยอะตอมของไนโตรเจน ไนโตรเจนที่ว่างเหล่านี้เรียกว่าศูนย์วิจัยไนโตรเจน (NV) - มีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะที่นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดี

"คุณสามารถใช้ศูนย์ NV เหล่านี้เป็นเซ็นเซอร์ที่มีประสิทธิภาพมากได้ แต่โดยปกติแล้วแอพพลิเคชันของพวกเขามีข้อ จำกัด เนื่องจากต้องใช้พลังงานอย่างมากในการอ่าน" Labanowski กล่าว

ในการตรวจจับสนามแม่เหล็กนักวิทยาศาสตร์ต้องตีศูนย์รังสีนิวเคลียร์เป็นครั้งแรกโดยใช้รังสีไมโครเวฟที่มีกำลังสูงเท่ากับไมโครเวฟประมาณหนึ่งร้อยครั้งหรือสิบเท่าของพลังงานที่บริโภคโดยโทรศัพท์มือถือโดยเฉลี่ย จากนั้นพวกเขาจะส่องให้เห็นศูนย์ NV ด้วยเลเซอร์ซึ่งถูกดูดซับและปล่อยออกมาจากอะตอมของไนโตรเจน

ความแรงของสนามแม่เหล็กสัมพันธ์กับความแรงของแสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมา: ความเข้มของแสงที่ปล่อยออกมาสามารถใช้ในการวัดความแรงของสนาม

นักวิจัยได้สร้าง nanocrystals เพชรที่มีศูนย์ NV หลายพันแห่งไว้บนแผ่นฟิล์มที่เรียกว่า multiferroic วัสดุชนิดใหม่นี้สามารถถ่ายเทพลังงานไมโครเวฟไปยังคริสตัลได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

"เทคนิคนี้ช่วยลดการใช้พลังงานของเซนเซอร์ลงอย่างมากและทำให้สามารถใช้งานได้จริงสำหรับการใช้งานที่สมจริง" Labanowski กล่าว

การถ่ายภาพภายในร่างกายและใต้โลก

การประยุกต์ใช้งานด้านการแพทย์ของเซ็นเซอร์แม่เหล็ก ได้แก่ magnetoencephalography ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กในการวัดคลื่นสมองหรือ magnetocardiography ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กในการทำงานของหัวใจภาพ ปัจจุบันเครื่องเหล่านี้มีขนาดของห้องเล็ก ๆ และอาจมีราคาสูงกว่า 3 ล้านเหรียญ

Labanowski กล่าวว่า "ด้วยเซนเซอร์ NV ที่ใช้พลังงานต่ำคุณสามารถจินตนาการได้ว่าจะใช้เครื่องตัดภาพแม่เหล็กขนาดในห้องและเปลี่ยนให้เป็นเหมือนหมวกกันน็อกซึ่งช่วยลดขนาดและค่าใช้จ่ายได้มาก

เซนเซอร์อาจถูกวางไว้ในเครื่องบินหรือเครื่องบินรบเพื่อช่วยในการจำแนกโลหะหายากในดินใต้ดินหรือใช้ในโทรศัพท์มือถือเพื่อปรับปรุงการนำทาง

การตรวจจับสนามแม่เหล็กเป็นเพียงหนึ่งในการประยุกต์ใช้ศูนย์ NV เท่านั้น Salahuddin กล่าว ทีมงานวางแผนที่จะปรับใช้เทคโนโลยีของตนเพื่อใช้ศูนย์ NV และระบบควอนตัมชนิดอื่น ๆ ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย

Salahuddin กล่าวว่า "ในขณะที่เราเน้นการรับรู้สนามแม่เหล็ก แต่งานของเราอาจนำไปสู่การจัดการกับระบบควอนตัมแบบไฟฟ้าโดยทั่วไปกับการใช้งานในวงกว้างมากขึ้นรวมถึงการคำนวณด้วยควอนตัม"

menu
menu