基於鑽石的新型傳感器:推動自旋電子學和新一代MRI發展

基於鑽石的新型傳感器:推動自旋電子學和新一代MRI發展

戴德姆(DIADEMS)開發出的傳感器能夠以前所未有的超高精度測量磁場,目前,他們正在把該成果進行商業化。這項技術已經推動新誕生四家新秀公司取得成功。

戴德姆自2016年被科迪斯收購後,工作上取得了很大的進展。當年,該財團的目標是製造能夠探測納米級以下磁場分佈的人造鑽石傳感器。現在已經實現了預期的目標,Diadems超出了所有研究人員的期望,他們現在正在開發市場應用,同時進行一個潛在的新研究項目的研究工作。

戴德姆的傳感器是基於人造超純鑽石中的“氮空位”(NV)中心進行開發的。超純單晶金剛石中的單個碳原子被一個氮原子取代後,相鄰的晶格空隙就產生了一個氮空位中心。反過來利用這種特性就能為各種應用開發出靈敏度很高的原子量磁強計。

戴德姆項目的合作者、泰勒斯研究與技術中心的蒂埃裡·德布伊斯施特(Thierry Debuisschert)表示:“其中一個應用是製作用於監測電子電路的廣域磁成像儀。因為它可以在室溫和環境大氣條件下工作,所以是一種使用起來非常方便的新工具。”

“還有其他應用:可以增強高密度硬盤的讀/寫磁頭特性,這樣就可以再增加磁盤的容量;核磁共振(NMR)要求具有較高的靈敏度,在MRI機器中使用該技術可以降低成本和減小磁場強度;新型光子器件可以提高NV熒光探測器的效率;可以用在反鐵磁材料GHz範圍的光譜分析及磁疇的表徵工作中。”

因為有這麼巨大的潛力,所以我們好不驚訝地看到歐洲各地湧現出一些相關的項目。例如,項目合作伙伴AttoCube目前正在開發一種原子力和共焦組合的顯微鏡。這種顯微鏡使用單個NV中心作為傳感器,主要用在商業使用上。第6元素公司(Element 6)是戴德姆的另一個合作伙伴,做了許多基於NV先進材料的投資和項目開發。蒂埃裡說:“項目合作伙伴還啟動了四個創業項目:nVision、SQUTEC、qnmi和qzabre。”

他補充說:“自項目結束以來,我們一直表現的非常積極。我們的新目標是提高帶寬、靈敏度和分辨率,我們還在研究新的應用,例如基於金剛石光學諧振器的微波天線、高靈敏度傳感器。”

該財團還提交了一份關於在Horizon 2020中獲得進一步供資的新提案,目前相關單位正在對該提案進行評估。其目標有三:一是開發基於磁場測量的先進應用,如電動汽車、疾病早期診斷、生物學、機器人和無線通信管理。二是致力於製作全新的傳感器,以檢測細胞內的溫度、監測高壓下物質的新狀態、感測具有極高靈敏度的電場。三是開發新的測量工具來描述製藥工業中單分子的化學結構,以及納米級自旋電子器件的詳細結構。

新項目將開發社會上十分必需的新工具,利用這些全新的工具設備將獲得以下預期成果:實現製備具有超低雜質水平的最高品位金剛石材料,開發出能克服傳感方案中殘餘噪聲的先進傳輸協議,以及實現對微型和高效器件的工程優化。


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