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傳感器
德國成功研發(fā)新型量子傳感器 可測量微磁場
Nick 來源:榮格工業(yè)網(wǎng)2018-03-09 我要評論(0 )
量子技術(shù)為電子元件小型化開辟了新的途徑。近日,德國弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所(IAF)和馬普固體研究所發(fā)布消息稱,其科研人員共同研發(fā)出一種量子傳感器,未來可用...
量子技術(shù)為電子元件小型化開辟了新的途徑。近日,德國弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所(IAF)和馬普固體研究所發(fā)布消息稱,其科研人員共同研發(fā)出一種量子傳感器,未來可用于測量微磁場,如硬盤磁場和人腦電波。
集成電路越來越復(fù)雜,目前一臺奔騰處理器可容納約3000萬個(gè)晶體管,因而硬盤的磁性結(jié)構(gòu)可識別的范圍僅為10至20納米,比直徑為80至120納米的流感病毒還小,該量級的尺寸規(guī)格只有量子物理技術(shù)可觸及。新研發(fā)的量子傳感器則可精確測量這類用在未來硬盤上的微小磁場。新型量子傳感器僅有氮原子的大小,作為載體物質(zhì)的是一種人造金剛石。金剛石具有很好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性以及超強(qiáng)的導(dǎo)熱性能,可通過引入硼、磷等外來原子,將晶體制成半導(dǎo)體,且非常適用于光學(xué)電路。
IAF的研究人員在近幾十年中研制并優(yōu)化出用于生產(chǎn)金剛石的設(shè)備,一種專用的橢圓形等離子體反應(yīng)堆模具。在800-900攝氏度的高溫下,在金剛石底物上從導(dǎo)入甲烷氣和氫氣中可長出金剛石層,再將邊長3-8mm的晶體從底物剝離并拋光,最后制造出具備量子物理用途的、僅含碳原子穩(wěn)定同位素C12的超純單晶金剛石晶體。所用的甲烷氣經(jīng)鋯過濾器凈化,氫氣經(jīng)其它手段凈化。
研究人員制做磁場檢測器有兩種途徑:直接植入單個(gè)氮原子,或在制造金剛石的最后一步加入氮。之后,在超凈室內(nèi)采用氧等離子體蝕刻法均可制作出類似于原子力顯微鏡的纖細(xì)金剛石尖。關(guān)鍵點(diǎn)是導(dǎo)入的氮原子以及晶格中的相鄰空位。該氮空位中心就是實(shí)際的傳感器,用激光和微波照射時(shí)會(huì)發(fā)光,發(fā)出的光可隨附近磁場的強(qiáng)度變化而變化。專家們將這項(xiàng)創(chuàng)新與光學(xué)探測磁共振(ODMR)相提并論。
這種傳感器不僅能準(zhǔn)確檢測到納米級的磁場,還能確定其強(qiáng)度,應(yīng)用潛力驚人。例如,可監(jiān)控硬盤質(zhì)量,檢測出密集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中的小錯(cuò)誤和發(fā)現(xiàn)有缺陷的數(shù)據(jù)片段,在刻寫和讀取前即將其去除。因此,可減少隨著小型化的加速而迅速增加的廢料,降低生產(chǎn)成本。IAF的專家稱,這種量子傳感器還可用于測量很多微弱磁場,包括腦電波。與目前使用的腦電波傳感器相比,不僅更準(zhǔn)確,而且在室溫下即可使用,無需經(jīng)液氮冷卻。
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