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 nuestra electrónica, nuestro planeta, e incluso nuestros cuerpos.

"Los mejores sensores magnéticos que existen hoy en día son voluminosos, sólo funciona a temperaturas extremas, y puede costar decenas de miles de dólares, "dijo Dominic Labanowski, quién ayudó a crear el dispositivo, que está hecho de diamantes con infusión de nitrógeno, como investigador postdoctoral en el departamento de ingeniería eléctrica e informática. "Nuestros sensores podrían reemplazar a los sensores más difíciles de usar en muchas aplicaciones, desde la navegación hasta la obtención de imágenes médicas y la exploración de recursos naturales".

Cada vez que un sensor de diamante mide un campo magnético, Primero debe ser chorreado con 1 a 10 Watts de radiación de microondas para prepararlos para que sean sensibles a los campos magnéticos. que es suficiente potencia para derretir componentes electrónicos. Los investigadores encontraron una nueva forma de excitar pequeños diamantes con microondas utilizando 1000 veces menos energía. haciendo factible la creación de dispositivos de detección magnética que puedan caber en dispositivos electrónicos como teléfonos móviles.

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 sobre su dispositivo en línea el 7 de septiembre en la revista. Avances de la ciencia .

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 los científicos comprenden bien.

"Puede utilizar estos centros NV como sensores muy potentes, pero tradicionalmente sus aplicaciones han sido limitadas porque se necesita mucha energía para leerlas, "dijo Labanowski.

Para detectar campos magnéticos, Los científicos primero tienen que atacar los centros de 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 los centros NV 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 se puede utilizar para medir la intensidad del campo.

Para crear el dispositivo, los investigadores colocaron nanocristales de diamantes, que contienen miles de centros NV cada uno, en una película llamada multiferroica. 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 del interior 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 visualizar la función del corazón. Actualmente, estas máquinas tienen el tamaño de una habitación pequeña y pueden costar más de $ 3 millones.

"Con sensores NV de baja potencia, podría imaginarse tomando una máquina de magnetoencefalografía del tamaño de una habitación y convirtiéndola en algo así como un casco, reduciendo drásticamente el tamaño y los costes, "Dijo Labanowski.

Los sensores también podrían colocarse en aviones o drones para ayudar a detectar metales de tierras raras bajo tierra. o utilizado en teléfonos móviles 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 sistemas cuánticos en general con áreas de aplicación mucho más amplias, incluida la computación cuántica, "Dijo Salahuddin.