近期，加州大學(xué)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(chǎng)探測(cè)器供電所需的能量，這種裝置有望徹底改變我們?nèi)绾螠y(cè)量流經(jīng)電子設(shè)備、地球甚至人體的磁場(chǎng)的方式。

       由加州大學(xué)伯克利分校的工程師開(kāi)發(fā)的新設(shè)備可提供低成本，高效率的磁場(chǎng)檢測(cè)。（圖片來(lái)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(fèi)數(shù)萬(wàn)美元?！盌ominic Labanowski說(shuō)道，他是電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的博士后研究員，幫助制造了這種由注入氮?dú)獾?a href='/news/search/key/%25E9%2587%2591%25E5%2588%259A%25E7%259F%25B3.html' target='_blank'>金剛石制成的設(shè)備，他表示這種傳感器可以替代那些在導(dǎo)航，醫(yī)療成像和自然資源勘探等許多應(yīng)用中難以使用的傳感器。

Dominic Labanowski 

       每當(dāng)基于金剛石的傳感器測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)，必須首先用1到10瓦的微波輻射進(jìn)行爆破，以使其對(duì)磁場(chǎng)敏感，這一磁場(chǎng)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(lái)的1/1000，從而可以制造出適合手機(jī)等電子設(shè)備的磁感應(yīng)設(shè)備。
       這項(xiàng)工作由加州大學(xué)伯克利分校的Sayeef Salahuddin教授與俄亥俄州立大學(xué)的研究人員合作完成。該團(tuán)隊(duì)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(shè)備。

Sayeef Salahuddin教授

       有缺陷的金剛石

       用氮?dú)鈬娚滢Z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?dú)馊肭终咭脖环Q(chēng)為氮空位（NV）中心 ，從而賦予整個(gè)金剛石以獨(dú)特的性質(zhì)。
        “你可以將這些NV中心用作非常強(qiáng)大的傳感器，但在傳統(tǒng)上，它們的應(yīng)用受到限制，因?yàn)樾枰艽蟮墓β什拍茏x取它們，”Labanowski說(shuō)。
        為了探測(cè)磁場(chǎng)，科學(xué)家首先必須使用高功率微波輻射來(lái)?yè)糁蠳V中心，這相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)微波功率的大約百分之一，或者是普通手機(jī)消耗功率的10倍。然后，他們用激光照射N(xiāo)V中心，激光被氮原子吸收和發(fā)射。磁場(chǎng)的強(qiáng)度與發(fā)射的激光強(qiáng)度有關(guān)：發(fā)射光的強(qiáng)度可用于測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)。
       為了制造這種裝置，研究人員將納米金剛石晶體（每個(gè)包含數(shù)千個(gè)NV中心）放置在稱(chēng)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(xiàng)技術(shù)大大降低了傳感器的功耗，使其可用于實(shí)際應(yīng)用，”Labanowski解釋
        在體內(nèi)和地下成像

       磁傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用包括使用磁場(chǎng)測(cè)量腦電波的腦磁圖，或使用磁場(chǎng)來(lái)成像心臟功能的心磁圖。目前這些機(jī)器的體積相當(dāng)于一個(gè)小房間，可能花費(fèi)超過(guò)300萬(wàn)美元。
       “使用低功率NV傳感器，你可以想象用一個(gè)房間大小的腦磁圖機(jī)并把它變成類(lèi)似頭盔的東西，可以大大減小尺寸和成本，”Labanowski說(shuō)。
       這種傳感器也可以放置在飛機(jī)或無(wú)人機(jī)中，以幫助在地下發(fā)現(xiàn)稀土金屬，或用于手機(jī)以改善導(dǎo)航效果。
       Salahuddin說(shuō)，“磁場(chǎng)檢測(cè)只是NV中心的一個(gè)應(yīng)用，雖然我們強(qiáng)調(diào)磁場(chǎng)感應(yīng)，但我們的工作可能導(dǎo)致量子系統(tǒng)的電子操作，其應(yīng)用范圍更廣，包括量子計(jì)算?！蹦壳霸搱F(tuán)隊(duì)正計(jì)劃改進(jìn)他們的技術(shù)，以便在各種應(yīng)用中使用NV中心和其他類(lèi)型的量子系統(tǒng)。
       該論文的共同作者是俄亥俄州立大學(xué)物理系的V. Praveen Bhallamudi，Qiaochi Guo，Carola M. Purser和Brendan A. McCullian。

       主要內(nèi)容來(lái)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/