Los ingenieros de UC Berkeley han creado un dispositivo que reduce drásticamente la energía necesaria para alimentar los detectores de campo magnético, lo que podría revolucionar la forma en que medimos los campos magnéticos que fluyen a través de nuestros dispositivos electrónicos, nuestro planeta e incluso nuestros cuerpos.
"Los mejores sensores magnéticos que existen hoy en día son voluminosos, solo funcionan a temperaturas extremas y pueden costar decenas de miles de dólares", dijo Dominic Labanowski, quien ayudó a crear el dispositivo, que está hecho de diamantes con infusión de nitrógeno, como uninvestigador postdoctoral en el departamento de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación: "Nuestros sensores podrían reemplazar a los sensores más difíciles de usar en muchas aplicaciones, desde navegación hasta imágenes médicas y exploración de recursos naturales".
Cada vez que un sensor basado en un diamante mide un campo magnético, primero debe ser lanzado con 1 a 10 vatios de radiación de microondas para cebarlos para que sean sensibles a los campos magnéticos, que es suficiente potencia para fundir componentes electrónicos. Los investigadores encontraron unnueva forma de excitar pequeños diamantes con microondas usando 1000 veces menos energía, lo que hace posible crear dispositivos de detección magnética que puedan caber en dispositivos electrónicos como los teléfonos celulares.
Este trabajo fue dirigido por el laboratorio de Sayeef Salahuddin en UC Berkeley en colaboración con investigadores de la Universidad Estatal de Ohio. El equipo informa su dispositivo en línea el 7 de septiembre en la revista Avances científicos .
diamantes defectuosos
Bombardear un diamante con un chorro de gas nitrógeno puede eliminar algunos de sus átomos de carbono altamente ordenados, reemplazándolos con átomos de nitrógeno. Estos intrusos de nitrógeno, llamados centros de vacantes de nitrógeno NV, tienen propiedades únicas que se conocen bienpor los científicos.
"Puede usar estos centros NV como sensores muy potentes, pero tradicionalmente sus aplicaciones han sido limitadas porque requiere mucha potencia leerlos", dijo Labanowski.
Para detectar campos magnéticos, los científicos primero tienen que golpear los centros NV con radiación de microondas de alta potencia, equivalente a aproximadamente una centésima parte de la potencia de su microondas estándar o diez veces la potencia consumida por un teléfono celular promedio. Luego iluminan elNV se centra con un láser, que es absorbido y emitido por los átomos de nitrógeno.
La intensidad del campo magnético está relacionada con la intensidad de la luz láser emitida: la intensidad de la luz emitida puede usarse para medir la intensidad del campo
Para crear el dispositivo, los investigadores colocaron nanocristales de diamante, que contienen miles de centros NV cada uno, en una película llamada multiferroico. Este nuevo tipo de material es capaz de transferir energía de microondas a los cristales de manera mucho más eficiente.
"Esta técnica reduce drásticamente el consumo de energía de los sensores y los hace utilizables para aplicaciones realistas", dijo Labanowski.
Imágenes dentro del cuerpo y debajo de la tierra
Las aplicaciones médicas de los sensores magnéticos incluyen magnetoencefalografía, que utiliza campos magnéticos para medir las ondas cerebrales, o magnetocardiografía, que utiliza campos magnéticos para obtener imágenes de la función cardíaca. Actualmente, estas máquinas son del tamaño de una habitación pequeña y pueden costar más de $ 3 millones.
"Con los sensores NV de baja potencia, podrías imaginar tomar una máquina de magnetoencefalografía del tamaño de una habitación y convertirla en algo así como un casco, reduciendo drásticamente el tamaño y los costos", dijo Labanowski.
Los sensores también podrían colocarse en aviones o drones para ayudar a detectar metales de tierras raras bajo tierra, o usarse en teléfonos celulares para mejorar la navegación.
La detección de campo magnético es solo una aplicación de los centros NV, dice Salahuddin. El equipo planea refinar su tecnología para usar centros NV y otros tipos de sistemas cuánticos en una amplia variedad de aplicaciones.
"Si bien enfatizamos la detección de campos magnéticos, nuestro trabajo podría conducir a la manipulación eléctrica de los sistemas cuánticos en general con áreas de aplicación mucho más amplias, incluida la computación cuántica", dijo Salahuddin.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Kara Manke. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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