近期，加州大學伯克利分校的工程師發(fā)明了一種裝置，可以大大降低磁場探測器供電所需的能量，這種裝置有望徹底改變我們?nèi)绾螠y量流經(jīng)電子設備、地球甚至人體的磁場的方式。

       由加州大學伯克利分校的工程師開發(fā)的新設備可提供低成本，高效率的磁場檢測。（圖片來源：Windell Oskay）

       “如今最好的磁傳感器體積龐大，只能在極端的溫度下工作，而且要花費數(shù)萬美元。”Dominic Labanowski說道，他是電氣工程和計算機科學系的博士后研究員，幫助制造了這種由注入氮氣的金剛石制成的設備，他表示這種傳感器可以替代那些在導航，醫(yī)療成像和自然資源勘探等許多應用中難以使用的傳感器。

Dominic Labanowski 

       每當基于金剛石的傳感器測量磁場時，必須首先用1到10瓦的微波輻射進行爆破，以使其對磁場敏感，這一磁場足以熔化電子元件。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種利用微波激發(fā)微小金剛石的新方法，其功大約只有原來的1/1000，從而可以制造出適合手機等電子設備的磁感應設備。
       這項工作由加州大學伯克利分校的Sayeef Salahuddin教授與俄亥俄州立大學的研究人員合作完成。該團隊于9月7日在《Science Advances》雜志上發(fā)表了他們的研究成果，并展示了這一設備。

Sayeef Salahuddin教授

       有缺陷的金剛石

       用氮氣噴射轟擊金剛石可以剔除一些高度有序的碳原子，用氮原子取代它們。這些氮氣入侵者也被稱為氮空位（NV）中心 ，從而賦予整個金剛石以獨特的性質(zhì)。
        “你可以將這些NV中心用作非常強大的傳感器，但在傳統(tǒng)上，它們的應用受到限制，因為需要很大的功率才能讀取它們，”Labanowski說。
        為了探測磁場，科學家首先必須使用高功率微波輻射來擊中NV中心，這相當于標準微波功率的大約百分之一，或者是普通手機消耗功率的10倍。然后，他們用激光照射NV中心，激光被氮原子吸收和發(fā)射。磁場的強度與發(fā)射的激光強度有關：發(fā)射光的強度可用于測量場強。
       為了制造這種裝置，研究人員將納米金剛石晶體（每個包含數(shù)千個NV中心）放置在稱為多鐵性的薄膜上，這種新型材料能夠更有效地將微波能量傳遞給晶體。
        “這項技術大大降低了傳感器的功耗，使其可用于實際應用，”Labanowski解釋
        在體內(nèi)和地下成像

       磁傳感器的醫(yī)學應用包括使用磁場測量腦電波的腦磁圖，或使用磁場來成像心臟功能的心磁圖。目前這些機器的體積相當于一個小房間，可能花費超過300萬美元。
       “使用低功率NV傳感器，你可以想象用一個房間大小的腦磁圖機并把它變成類似頭盔的東西，可以大大減小尺寸和成本，”Labanowski說。
       這種傳感器也可以放置在飛機或無人機中，以幫助在地下發(fā)現(xiàn)稀土金屬，或用于手機以改善導航效果。
       Salahuddin說，“磁場檢測只是NV中心的一個應用，雖然我們強調(diào)磁場感應，但我們的工作可能導致量子系統(tǒng)的電子操作，其應用范圍更廣，包括量子計算?！蹦壳霸搱F隊正計劃改進他們的技術，以便在各種應用中使用NV中心和其他類型的量子系統(tǒng)。
       該論文的共同作者是俄亥俄州立大學物理系的V. Praveen Bhallamudi，Qiaochi Guo，Carola M. Purser和Brendan A. McCullian。

       主要內(nèi)容來自編譯整理，僅供參考。

       原文鏈接：http://news.berkeley.edu/2018/09/10/diamond-dust-enables-low-cost-high-efficiency-magnetic-field-detection/