¿Te imaginas un disco duro de portátil del tamaño de un grano de arroz? Skyrmion, una misteriosa estructura de cuasipartículas en el campo magnético, podría hacer realidad esta idea aparentemente impensable, con más espacio de almacenamiento y velocidades de transferencia de datos más rápidas para este "grano de arroz". Entonces, ¿cómo observar esta extraña estructura de partículas? El CIQTEK Quantum Diamond Atomic Force Microscope (QDAFM), basado en el centro de vacantes de nitrógeno (NV) en imágenes de escaneo de diamantes y AFM, puede brindarle la respuesta. ¿Qué es Skyrmion? Con el rápido desarrollo de los circuitos integrados a gran escala, el proceso del chip a escala nanométrica, el efecto cuántico se acentuó gradualmente y la "Ley de Moore" encontró límites físicos. Al mismo tiempo, con una densidad tan alta de componentes electrónicos integrados en el chip, el problema de la disipación térmica se ha convertido en un gran desafío. La gente necesita urgentemente una nueva tecnología para superar el cuello de botella y promover el desarrollo sostenible de los circuitos integrados. Los dispositivos espintrónicos pueden lograr una mayor eficiencia en el almacenamiento, la transferencia y el procesamiento de información explotando las propiedades de espín de los electrones, lo cual es una forma importante de superar el dilema anterior. En los últimos años, se espera que las propiedades topológicas de las estructuras magnéticas y sus aplicaciones relacionadas sean los portadores de información de los dispositivos espintrónicos de próxima generación, que es uno de los puntos de investigación actuales en este campo. El skyrmion (en lo sucesivo denominado skyrmion magnético) es una estructura de espín topológicamente protegida con propiedades de cuasipartículas y, como un tipo especial de pared de dominio magnético, su estructura es una distribución de magnetización con vórtices. Similar a la pared del dominio magnético, también hay un cambio de momento magnético en el skyrmion, pero a diferencia de la pared del dominio, el skyrmion es una estructura de vórtice, y su cambio de momento magnético es desde el centro hacia afuera, y los más comunes son de tipo Bloch. skyrmions y skyrmions tipo Neel. Figura 1: Diagrama esquemático de la estructura de skyrmion. (a) Skyrmions tipo Neel (b) Skyrmions tipo Bloch El skyrmion es un portador de información natural con propiedades superiores como fácil manipulación, fácil estabilidad, tamaño pequeño y velocidad de conducción rápida. Por lo tanto, se espera que los dispositivos electrónicos basados en skyrmions cumplan con los requisitos de rendimiento para dispositivos futuros en términos de no volatilidad, alta capacidad, alta velocidad y bajo consumo de energía. ¿Cuáles son las aplicaciones de Skyrmions? Memoria del hipódromo de Skyrmion La memoria Racetrack utiliza nanocables magnéticos como pistas y paredes de dominio magnético como por...
Ver más¿Sabías que la luz puede crear sonido? A finales del siglo XIX, el científico Alexander Graham Bell (considerado uno de los inventores del teléfono) descubrió el fenómeno de los materiales que producen ondas sonoras tras absorber energía luminosa, conocido como efecto fotoacústico. Alexander Graham Bell Fuente de la imagen: Tecnología Sina Después de la década de 1960, con el desarrollo de la tecnología de detección de señales débiles, aparecieron los micrófonos de alta sensibilidad y los micrófonos cerámicos piezoeléctricos. Los científicos desarrollaron una nueva técnica de análisis espectroscópico basada en el efecto fotoacústico: la espectroscopia fotoacústica, que puede usarse para detectar sustancias en muestras y sus propiedades térmicas espectroscópicas, convirtiéndose en una poderosa herramienta para la investigación fisicoquímica en compuestos orgánicos e inorgánicos, semiconductores, metales y materiales poliméricos. , etc. ¿Cómo podemos hacer que la luz cree sonido? Como se muestra en la figura siguiente, una fuente de luz modulada por un monocromador, o una luz pulsada como un láser pulsado, incide sobre una celda fotoacústica. El material a medir en la celda fotoacústica absorbe energía luminosa y la tasa de absorción varía con la longitud de onda de la luz incidente y el material. Esto se debe a los diferentes niveles de energía de las moléculas atómicas constituidas en los diferentes materiales, y la tasa de absorción de luz por el material aumenta cuando la frecuencia ν de la luz incidente se acerca al nivel de energía hν. Las moléculas atómicas que saltan a niveles de energía más altos después de absorber luz no permanecen en los niveles de energía más altos; en cambio, tienden a liberar energía y relajarse de regreso al estado fundamental más bajo, donde la energía liberada a menudo aparece como energía térmica y hace que el material se expanda térmicamente y cambie de volumen. Cuando restringimos el volumen de un material, por ejemplo, empaquetándolo en una celda fotoacústica, su expansión provoca cambios de presión. Después de aplicar una modulación periódica a la intensidad de la luz incidente, la temperatura, el volumen y la presión del material también cambian periódicamente, lo que da como resultado una onda mecánica detectable. Esta oscilación puede detectarse mediante un micrófono sensible o un micrófono cerámico piezoeléctrico, que es lo que llamamos señal fotoacústica. Esquema del principio ¿Cómo mide un amplificador lock-in las señales fotoacústicas? En resumen, la señal fotoacústica se genera mediante una señal de presión mucho más pequeña convertida a partir de calor muy pequeño (liberado por relajación atómica o molecular). La detección de señales tan extremadamente débiles no puede realizarse necesariamente sin amplificadores lock-in. En espectroscopia fotoacústica, la señal recopilada del micrófono debe amplificarse mediante un preamplificador y lueg...
Ver másEl paleomagnetismo es una disciplina interdisciplinaria entre la geología, la física y la geofísica. El paleomagnetismo generalmente estudia la dirección y la fuerza del campo magnético de la Tierra, el lanzamiento planetario y su patrón de evolución durante períodos geológicos midiendo la intensidad de la magnetización residual natural de rocas o artefactos antiguos. Las rocas son una combinación de minerales naturales y su magnetismo residual generalmente proviene de minerales ferromagnéticos en las rocas, que contienen magnetismo remanente primario y secundario. El llamado magnetismo remanente primario se refiere a la información del campo geomagnético registrada cuando se formaron las rocas. En cambio, se denomina remanencia secundaria al magnetismo residual obtenido tras la formación de las rocas, como el que obtienen las rocas bajo la acción de campos magnéticos externos (p. ej., rayos naturales, erosión por agua corriente y arena). Dado que el paleomagnetismo estudia las características del campo geomagnético en el momento de la formación de las rocas, la medición precisa del magnetismo remanente primario se convierte en una importante herramienta de investigación. Actualmente, el magnetismo de las rocas se analiza midiendo el momento magnético neto de grandes muestras de tamaños de milímetros a centímetros. Los instrumentos comunes para el análisis científico incluyen petrógrafos superconductores y magnetómetros de muestras vibratorias. Sin embargo, a escala submicrónica, las muestras geológicas suelen ser heterogéneas en mineralogía y textura, y sólo una pequeña fracción de partículas ferromagnéticas transportan magnetización residual. Por lo tanto, caracterizar el magnetismo de las rocas en este contexto requiere una técnica que pueda obtener imágenes de campos magnéticos a nanoescala del espacio y con alta sensibilidad. Por ejemplo, la microscopía de superconductividad de barrido (SQUID), la microscopía magnetorresistiva y la microscopía de Hall, que se están utilizando ampliamente, son ejemplos. (a) Microscopía cuántica de diamantes en la Universidad de Harvard (b) Medición de la magnetización residual en muestras geológicas En 2011, los investigadores demostraron que los núcleos cromáticos con vacantes de nitrógeno (núcleos cromáticos NV para abreviar) en diamantes se pueden utilizar para obtener imágenes magnéticas en la escala submicrónica. En 2017, RL Walsworth et al. en la Universidad de Harvard utilizaron un microscopio cuántico de diamante de construcción propia basado en núcleos cromáticos NV para lograr imágenes de campos magnéticos de rocas con una resolución espacial métrica de 5 um y un rango de campo de visión de 4 mm. Al reducir la distancia entre entre el diamante y la muestra (≤10 um), se logró una sensibilidad de momento magnético de 10 -16 Am 2 , que es comparable e incluso supera a los equipos convencionales como SQUID, microscopio magnetorresistivo y microscopio Hall. ...
Ver másLa detección y modulación de estados cuánticos individuales y la tecnología de imágenes a escala molecular son direcciones importantes en el desarrollo de instrumentos de espectroscopia de precisión. Con la exploración en profundidad de la tecnología de detección magnética, CIQTEK produjo y desarrolló de forma independiente una espectroscopia de giro único de diamante cuántico, basada en la tecnología espectroscópica del sistema de vacantes de nitrógeno en diamante dopado, que tiene un instinto de detección magnético súper alto y tiene una amplia e importante aplicación. perspectivas en diferentes disciplinas como la física, la química, la biología, los materiales y la medicina [1-11]. Desarrollo de la tecnología de magnetometría Figura 1: Comparación de los indicadores de diversas técnicas de magnetometría La tecnología de resonancia magnética de espín es, con diferencia, una de las técnicas convencionales más desarrolladas y utilizadas. Los espectrómetros relacionados con la detección magnética tienen una larga historia de desarrollo y existen diferentes métodos para lograr la detección por resonancia magnética que tienen sus propias ventajas y desventajas. La Figura 1 visualiza la distribución de varios medios técnicos generales, como sensores Hall, detectores SQUID y resonancia magnética de espín en términos de sensibilidad y resolución [12]. En comparación con las técnicas de magnetometría convencionales, el método de resonancia magnética basado en diamantes tiene una gran mejora en ambas métricas centrales, lo que proporciona una sólida referencia para el desarrollo de una espectroscopia cuántica de diamante de un solo giro. Los sensores Hall se han utilizado habitualmente en las mediciones de campos magnéticos de laboratorio desde la década de 1950. Estos detectores se basan en el efecto Hall para mediciones directas de campos magnéticos externos [13]. Cuando la dirección del campo magnético es diferente de la dirección de la corriente en el bucle, los electrones en el conductor se desvían debido a la fuerza de Lorentz y se genera una diferencia de potencial, a través de la cual se mide directamente la magnitud del campo magnético. . Las sondas de campo magnético han consistido principalmente en cristales semiconductores que pueden convertirse en circuitos integrados monolíticos, que son resistentes a los golpes y fáciles de usar, pero no son lo suficientemente precisos. El interferómetro cuántico superconductor (SQUID) es un sensor de flujo magnético basado en uniones Josephson [14], que puede medir señales magnéticas débiles utilizando la variación del voltaje a través de la unión Josephson con el flujo magnético externo en el circuito cerrado. En la década de 1960, Robert et al. SQUID desarrollado con éxito. Estas técnicas de magnetometría tienen una alta sensibilidad de detección magnética, pero el instrumento debe funcionar en un entorno de baja temperatura y es costoso. La detecci...
Ver másEn general, cuanto mejor sea la memoria de una persona, más información podrá integrar y procesar. En la computación cuántica, cuanto más tiempo un bit cuántico pueda "recordar" un estado cuántico, más cálculos podrá realizar. La "memoria" de la computación cuántica puede compararse con el tiempo de coherencia. ¿Qué es el tiempo de coherencia? Los tiempos de coherencia son un indicador importante de la calidad de un bit cuántico, representa el período de tiempo que un bit cuántico puede permanecer en un estado de superposición; cuanto mayor sea el tiempo de coherencia, más cálculos puede realizar una computadora cuántica. En pocas palabras, el tiempo de coherencia es también el "tiempo de trabajo" que una computadora cuántica puede utilizar para realizar cálculos. Actualmente, la computación cuántica con trampas de iones tiene una clara ventaja a la hora de lograr una coherencia prolongada. ¿Cuál es la dificultad de la coherencia larga? Los bits cuánticos en la mayoría de las rutas de la computación cuántica son altamente susceptibles a la interferencia del entorno circundante (temperatura, ruido e incluso rayos cósmicos), y tratar de mantener su superposición y entrelazamiento durante largos períodos de tiempo es tan desafiante como tratar de mantener un grupo de gatitos activos en fila. Crear el bit cuántico ideal también es un desafío porque existen limitaciones físicas, como la naturaleza de los materiales y el proceso de fabricación, que pueden conducir a bits cuánticos imperfectos. Esto es como la presencia de un gato activo, o incluso un perro, en medio de un grupo de gatos que se portan bien, lo que puede afectar en gran medida el tiempo de coherencia. T1 y T2, métricas tecnológicas clave en la computación cuántica Al explorar el tiempo de coherencia en la computación cuántica, a menudo nos centramos en dos parámetros: el tiempo T1 y el tiempo T2 (tiempo T1 y tiempo T2). Son formas diferentes de ver cuánto tiempo funciona un bit cuántico. El tiempo T1 determina cuánto tiempo se puede distinguir entre el estado 1 y el estado 0 de un bit cuántico. Cuando un bit cuántico se excita a un nivel de energía alto (estado excitado), similar a un bit clásico que va de 0 a 1. En un bit clásico, el estado 1 se puede mantener con relativa facilidad, pero en un bit cuántico volverá a un estado de menor energía en un cierto período de tiempo. Este momento es el momento de relajación energética. Durante el tiempo T1, un bit cuántico regresa de un estado de alta energía a un estado de menor energía, es decir, cambia de 1 a 0. Esto significa que el bit cuántico pierde la información que transporta. El tiempo T2, por otro lado, representa el tiempo para poder mantener la información de fase en el estado de superposición ; si el tiempo T2 es corto, el estado de superposición de bits puede evolucionar a otro estado de superposición o incluso dejar de ser un estado de superposición, perdiendo así la información transportada. En resumen, tant...
Ver más¿Qué es el material antiferromagnético? Figura 1: Disposición del momento magnético en antiferromagnetos Las propiedades comunes del hierro son el ferromagnetismo, la ferroelectricidad y la ferroelasticidad. Los materiales que tienen dos o más propiedades del hierro al mismo tiempo se denominan materiales multiferroicos. Los multiferroicos suelen tener fuertes propiedades de acoplamiento del hierro, es decir, una propiedad del hierro del material puede modular otra propiedad del hierro, como el uso de un campo eléctrico aplicado para modular las propiedades ferroeléctricas del material y así afectar las propiedades ferromagnéticas del material. Se espera que estos materiales multiferroicos sean la próxima generación de dispositivos electrónicos de giro. Entre ellos, los materiales antiferromagnéticos han sido ampliamente estudiados porque exhiben buena robustez al campo magnético aplicado. El antiferromagnetismo es una propiedad magnética de un material en el que los momentos magnéticos están dispuestos en un orden escalonado antiparalelo y no exhiben un momento magnético neto macroscópico. Este estado magnético ordenado se llama antiferromagnetismo. Dentro de un material antiferromagnético, los espines de los electrones de valencia adyacentes tienden a estar en direcciones opuestas y no se genera ningún campo magnético. Los materiales antiferromagnéticos son relativamente poco comunes y la mayoría de ellos existen sólo a bajas temperaturas, como óxido ferroso, aleaciones de ferromanganeso, aleaciones de níquel, aleaciones de tierras raras, boruros de tierras raras, etc. Sin embargo, también existen materiales antiferromagnéticos a temperatura ambiente, como BiFeO3, que actualmente se encuentra bajo intensa investigación. Perspectivas de aplicación de materiales antiferromagnéticos El conocimiento del antiferromagnetismo se debe principalmente al desarrollo de la tecnología de dispersión de neutrones para que podamos "ver" la disposición de los espines en los materiales y así confirmar la existencia del antiferromagnetismo. Quizás el Premio Nobel de Física inspiró a los investigadores a centrarse en los materiales antiferromagnéticos, y gradualmente se exploró el valor del antiferromagnetismo. Los materiales antiferromagnéticos son menos susceptibles a la ionización y a la interferencia del campo magnético y tienen frecuencias propias y frecuencias de transición de estado varios órdenes de magnitud más altas que los materiales ferromagnéticos típicos. El orden antiferromagnético en los semiconductores se observa más fácilmente que el orden ferromagnético. Estas ventajas hacen de los materiales antiferromagnéticos un material atractivo para la espintrónica. La nueva generación de memoria magnética de acceso aleatorio utiliza métodos eléctricos para escribir y leer información en ferroimanes, lo que puede reducir la inmunidad de los ferroimanes y no favorece el almacenamiento estable de datos, y los campos ...
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