Magnetómetro NV de barrido, microscopio cuántico de diamante

Estudio de Skyrmion: aplicaciones AFM del centro Quantum Diamond NV

¿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...

Tecnología de imágenes magnéticas Diamond NV-center para la investigación celular

La luz, la electricidad, el calor y el magnetismo son cantidades físicas importantes involucradas en las mediciones de las ciencias biológicas, siendo las imágenes ópticas las más utilizadas. Con el continuo desarrollo de la tecnología, las imágenes ópticas, especialmente las imágenes de fluorescencia, han ampliado enormemente el horizonte de la investigación biomédica. Sin embargo, la obtención de imágenes ópticas suele estar limitada por la señal de fondo en las muestras biológicas, la inestabilidad de la señal de fluorescencia y la dificultad de la cuantificación absoluta, que hasta cierto punto restringen su aplicación. La resonancia magnética (MRI) es una buena alternativa y tiene una amplia gama de aplicaciones en algunos escenarios importantes de las ciencias biológicas, como el examen de lesiones craneales, neurológicas, musculares, tendinosas, articulares y de órganos abdominopélvicos, debido a su profundidad penetrante y baja. características de fondo y estabilidad. Aunque se espera que la resonancia magnética solucione las deficiencias mencionadas anteriormente de las imágenes ópticas, está limitada por una baja sensibilidad y baja resolución espacial, lo que dificulta su aplicación a imágenes a nivel de tejido con resolución de micras a nanómetros. Un sensor magnético cuántico emergente desarrollado en los últimos años, el centro de vacantes de nitrógeno (NV), un defecto de punto luminiscente en el diamante, la tecnología de imágenes magnéticas basada en el centro NV permite la detección de señales magnéticas débiles con una resolución de hasta el nivel nanométrico y no es -invasivo . Esto proporciona una plataforma de medición de campos magnéticos flexible y altamente compatible para las ciencias biológicas. Es único para realizar estudios a nivel de tejido y diagnósticos clínicos en los campos de inmunidad e inflamación, enfermedades neurodegenerativas, enfermedades cardiovasculares, detección biomagnética, agentes de contraste de resonancia magnética y, especialmente, para tejidos biológicos que contienen fondos ópticos y aberraciones de transmisión óptica, y requiere análisis cuantitativo. Tecnología de imágenes magnéticas Diamond NV-center Hay dos tipos principales de tecnología de imágenes magnéticas con centro NV de diamante: imágenes magnéticas de escaneo e imágenes magnéticas de campo amplio. La exploración de imágenes magnéticas se combina con la técnica de microscopía de fuerza atómica (AFM), que utiliza un sensor central de diamante de un solo color. El método de obtención de imágenes es un tipo de obtención de imágenes de escaneo de un solo punto, que tiene una resolución y sensibilidad espacial muy altas. Sin embargo, la velocidad y el alcance de las imágenes limitan la aplicación de esta técnica en algunas áreas. Las imágenes magnéticas de campo amplio, por otro lado, utilizan un sensor de diamante atado con una alta concentración de centros NV en comparación con un solo centro NV...

Nuevos horizontes para materiales magnéticos 2D: aplicaciones AFM del centro NV de Quantum Diamond

Durante siglos, la humanidad ha estado explorando sin pausa el magnetismo y sus fenómenos relacionados. En los primeros días del electromagnetismo y la mecánica cuántica, a los humanos les resultaba difícil imaginar la atracción de los imanes por el hierro y la capacidad de las aves, los peces o los insectos para navegar entre destinos a miles de kilómetros de distancia: fenómenos asombrosos e interesantes con el mismo origen magnético. Estas propiedades magnéticas se originan en la carga en movimiento y el espín de las partículas elementales, que son tan frecuentes como los electrones. Los materiales magnéticos bidimensionales se han convertido en un foco de investigación de gran interés y abren nuevas direcciones para el desarrollo de dispositivos espintrónicos, que tienen importantes aplicaciones en nuevos dispositivos optoelectrónicos y dispositivos espintrónicos. Recientemente, Physics Letters 2021, No. 12, también lanzó un artículo especial sobre materiales magnéticos 2D, que describe el progreso de los materiales magnéticos 2D en teoría y experimentos desde diferentes perspectivas. Un material magnético bidimensional de sólo unos pocos átomos de espesor puede proporcionar el sustrato para componentes electrónicos de silicio muy pequeños. Este sorprendente material está formado por pares de capas ultrafinas que se apilan entre sí mediante fuerzas de van der Waals, es decir, fuerzas intermoleculares, mientras que los átomos dentro de las capas están conectados mediante enlaces químicos. Aunque sólo tiene un espesor atómico, aún conserva propiedades físicas y químicas en términos de magnetismo, electricidad, mecánica y óptica. Materiales magnéticos bidimensionales Imagen referenciada de https://phys.org/news/2018-10-flexy-flat-functional-magnets.html Para usar una analogía interesante, cada electrón en un material magnético bidimensional es como una pequeña brújula con un polo norte y sur, y la dirección de estas "agujas de la brújula" determina la intensidad de la magnetización. Cuando estas infinitesimales "agujas de brújula" se alinean espontáneamente, la secuencia magnética constituye la fase fundamental de la materia, permitiendo así la preparación de muchos dispositivos funcionales, como generadores y motores, memorias magnetorresistivas y barreras ópticas. Esta asombrosa propiedad también ha calentado los materiales magnéticos bidimensionales. Aunque los procesos de fabricación de circuitos integrados están mejorando ahora, ya están limitados por los efectos cuánticos a medida que los dispositivos se reducen. La industria de la microelectrónica ha tropezado con obstáculos como la baja fiabilidad y el alto consumo de energía, y la ley de Moore, que ha durado casi 50 años, también ha tropezado con dificultades (ley de Moore: el número de transistores que pueden acomodarse en un circuito integrado se duplica en aproximadamente cada 18 meses). Si en el futuro se pueden utilizar materiales magn...

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