Можете ли вы представить себе жесткий диск ноутбука размером с рисовое зернышко? Скирмион, загадочная квазичастичная структура в магнитном поле, может воплотить эту, казалось бы, немыслимую идею в реальность, имея больше места для хранения и более высокую скорость передачи данных для этого «рисового зернышка». Так как же наблюдать эту странную структуру частиц? CIQTEK Quantum Diamond Atomic Силовой микроскоп (QDAFM), основанный на азотно-вакансионном центре (NV) при сканировании алмаза и АСМ, может дать вам ответ. Что такое Скирмион С быстрым развитием крупномасштабных интегральных схем, чип процесса в нанометровом масштабе, квантовый эффект постепенно выдвигается на первый план, и "Закон Мура" столкнулся с физическими ограничениями. В то же время, при такой высокой плотности интегрированных электронных компонентов на кристалле, проблема рассеивания тепла стала огромной проблемой. Людям срочно нужна новая технология, чтобы преодолеть узкое место и способствовать устойчивому развитию интегральных схем. Устройства спинтроники могут достичь более высокой эффективности хранения, передачи и обработки информации за счет использования спиновых свойств электронов, что является важным способом решения вышеупомянутой дилеммы. Ожидается, что в последние годы топологические свойства магнитных структур и связанные с ними приложения станут носителями информации для устройств спинтроники следующего поколения, которые в настоящее время являются одной из горячих точек исследований в этой области. Скирмион (далее именуемый магнитным скирмионом) представляет собой топологически защищенную спиновую структуру с квазичастичными свойствами и, как особый вид магнитной доменной стенки, его структура представляет собой распределение намагниченности с вихрями. Подобно магнитной доменной границе, в скирмионе также существует переворот магнитного момента, но в отличие от доменной стенки скирмион представляет собой вихревую структуру, и его переворот магнитного момента происходит от центра наружу, а распространенные из них - блоховского типа. скирмионы и скирмионы типа Нееля. Рисунок 1: Принципиальная схема структуры скирмиона. (а) Скирмионы типа Нееля (б) Скирмионы типа Блоха Скирмион — естественный носитель информации с превосходными свойствами, такими как простота манипулирования, легкая стабильность, небольшой размер и высокая скорость движения. Таким образом, ожидается, что электронные устройства на основе скирмионов будут соответствовать требованиям к производительности для будущих устройств с точки зрения энергонезависимости, высокой емкости, высокой скорости и низкого энергопотребления. Каковы применения скирмионов Память о ипподроме Скирмиона Память на беговой дорожке использует магнитные нанопроволоки в качестве дорожек и стенки магнитных доменов в качестве носителей, при этом электрический ток приводит в движение границы магнитных доменов. В 2013 году исследователи предложили память на беговой дор...
Посмотреть большеЗнаете ли вы, что свет может создавать звук? В конце 19 века учёный Александр Грэм Белл (считающийся одним из изобретателей телефона) открыл явление, при котором материалы производят звуковые волны после поглощения световой энергии, известное как фотоакустический эффект. Александр Грэхем Белл Источник изображения: Сина Технология После 1960-х годов, с развитием технологий обнаружения слабых сигналов, появились высокочувствительные микрофоны и пьезоэлектрические керамические микрофоны. Ученые разработали новую методику спектроскопического анализа, основанную на фотоакустическом эффекте – фотоакустическую спектроскопию, которая может быть использована для обнаружения веществ проб и их спектроскопических тепловых свойств, став мощным инструментом физико-химических исследований неорганических и органических соединений, полупроводников, металлов, полимерных материалов. , и т. д. Как заставить свет создавать звук? Как показано на рисунке ниже, источник света, модулированный монохроматором, или импульсный свет, такой как импульсный лазер, падает на фотоакустический элемент. Материал, измеряемый в фотоакустической ячейке, поглощает энергию света, и скорость поглощения зависит от длины волны падающего света и материала. Это связано с разными энергетическими уровнями атомных молекул, составляющих разные материалы, и скорость поглощения света материалом увеличивается, когда частота ν падающего света близка к уровню энергии hν. Атомные молекулы, которые переходят на более высокие энергетические уровни после поглощения света, не остаются на более высоких энергетических уровнях; вместо этого они имеют тенденцию высвобождать энергию и релаксировать обратно в самое низкое основное состояние, где высвобождаемая энергия часто проявляется в виде тепловой энергии и заставляет материал термически расширяться и изменяться в объеме. Когда мы ограничиваем объем материала, например, упаковывая его в фотоакустическую ячейку, его расширение приводит к изменению давления. После применения периодической модуляции интенсивности падающего света температура, объем и давление материала также периодически изменяются, что приводит к появлению обнаруживаемой механической волны. Это колебание может быть обнаружено чувствительным микрофоном или пьезоэлектрическим керамическим микрофоном, который мы называем фотоакустическим сигналом. Принципиальная схема Как синхронный усилитель измеряет фотоакустические сигналы? Таким образом, фотоакустический сигнал генерируется гораздо меньшим сигналом давления, преобразованным из очень небольшого тепла (выделяемого в результате атомной или молекулярной релаксации). Обнаружение таких чрезвычайно слабых сигналов невозможно без синхронных усилителей. В фотоакустической спектроскопии сигнал, собранный с микрофона, необходимо усилить предусилителем, а затем синхронизировать его с нужным нам частотным сигналом с помощью синхронного усилителя. Таким образом, можно обнаружить сигнал фотоакуст...
Посмотреть большеПалеомагнетизм — междисциплинарная дисциплина между геологией, физикой и геофизикой. Палеомагнетизм обычно изучает направление и силу магнитного поля Земли, запуск планет и закономерности их эволюции в течение геологических периодов путем измерения естественной интенсивности остаточной намагниченности горных пород или древних артефактов. Горные породы представляют собой комбинацию природных минералов, и их остаточный магнетизм обычно возникает из-за ферромагнитных минералов в горных породах, содержащих первичный и вторичный остаточный магнетизм. Так называемый первичный остаточный магнетизм относится к информации о геомагнитном поле, записанной при формировании горных пород. Напротив, остаточный магнетизм, полученный после образования горных пород, называется вторичной остаточной намагниченностью, например, полученной горными породами под действием внешних магнитных полей (например, ударов естественных молний, эрозии проточной водой и песком). Поскольку палеомагнетизм изучает характеристики геомагнитного поля во время формирования горных пород, важным инструментом исследования становится точное измерение первичного остаточного магнетизма. В настоящее время магнетизм горных пород анализируется путем измерения суммарного магнитного момента больших образцов размером от миллиметра до сантиметра. Обычные инструменты для научного анализа включают сверхпроводящие петрографы и вибрирующие магнитометры. Однако в субмикронных масштабах геологические образцы обычно неоднородны по минералогии и текстуре, и лишь небольшая часть ферромагнитных частиц несет остаточную намагниченность. Следовательно, для характеристики магнетизма горных пород в этом контексте требуется метод, который может отображать магнитные поля на наномасштабе пространства и с высокой чувствительностью. Примерами могут служить , например, широко используемые сканирующая сверхпроводниковая микроскопия (СКВИД), магниторезистивная микроскопия и микроскопия Холла. (а) Квантовая алмазная микроскопия в Гарвардском университете (б) Измерение остаточной намагниченности в геологических образцах В 2011 году исследователи продемонстрировали, что хроматические ядра с азотными вакансиями (сокращенно хроматические ядра NV) в алмазе можно использовать для магнитной визуализации в субмикронном масштабе. В 2017 году RL Walsworth et al. в Гарвардском университете использовали собственный квантовый алмазный микроскоп на основе хроматических сердечников NV для получения изображений магнитных полей горных пород с метрическим пространственным разрешением 5 мкм и диапазоном поля зрения 4 мм. Путем уменьшения расстояния между Для алмаза и образца (<10 мкм) была достигнута чувствительность к магнитному моменту 10 -16 Ам 2 , что сравнимо и даже превосходит такое основное оборудование, как СКВИД, магниторезистивный микроскоп и микроскоп Холла. Кроме того, квантовый алмазный микроскоп также обладает преимуществом функции оптической визуализации и высокой скорости визу...
Посмотреть большеОбнаружение и модуляция одноквантовых состояний и технология визуализации молекулярного масштаба являются важными направлениями в разработке прецизионных инструментов спектроскопии. Благодаря углубленному изучению технологии магнитного обнаружения компания CIQTEK самостоятельно произвела и разработала односпиновую спектроскопию квантового алмаза, основанную на спектроскопической технологии системы азот-вакансия в легированном алмазе, которая обладает сверхвысоким инстинктом магнитного обнаружения и имеет широкое и важное применение. перспективы в различных дисциплинах, таких как физика, химия, биология, материалы и медицина [1-11]. Развитие технологии магнитометрии Рисунок 1: Сравнение показателей различных методов магнитометрии Технология спинового магнитного резонанса на сегодняшний день является одним из наиболее развитых и широко используемых традиционных методов. Спектрометры, связанные с магнитным детектированием, имеют долгую историю развития, и существуют различные методы магнитно-резонансного детектирования, которые имеют свои преимущества и недостатки. На рисунке 1 показано распределение нескольких общих технических средств, таких как датчики Холла, детекторы СКВИДов и спиновый магнитный резонанс, с точки зрения чувствительности и разрешения [12]. По сравнению с традиционными методами магнитометрии, метод магнитного резонанса на основе алмаза значительно улучшает оба показателя ядра, что обеспечивает убедительную основу для разработки квантовой алмазной односпиновой спектроскопии. Датчики Холла широко используются в лабораторных измерениях магнитного поля с 1950-х годов. Эти детекторы основаны на эффекте Холла для прямых измерений внешних магнитных полей [13]. Когда направление магнитного поля отличается от направления тока в контуре, электроны в проводнике отклоняются под действием силы Лоренца, и образуется разность потенциалов, благодаря которой непосредственно измеряется величина магнитного поля. . Зонды магнитного поля в основном состоят из полупроводниковых кристаллов, из которых можно собрать монолитные интегральные схемы, ударопрочные и простые в использовании, но недостаточно точные. Сверхпроводящий квантовый интерферометр (СКВИД) представляет собой датчик магнитного потока на основе джозефсоновских переходов [14], который может измерять слабые магнитные сигналы, используя изменение напряжения на джозефсоновском переходе под действием внешнего магнитного потока в замкнутом контуре. В 1960-х годах Роберт и другие. успешно разработан СКВИД. Такие методы магнитометрии обладают высокой чувствительностью магнитного обнаружения, но прибор должен работать в низкотемпературной среде и стоит дорого. Микроскопическое магнитное обнаружение на основе алмазной системы является новым методом магнитно-резонансного обнаружения. Этот метод сочетает в себе метод оптического обнаружения магнитного резонанса (ODMR) и точечные дефекты центров азота-вакансии (NV) в алмазе, который работает путем ...
Посмотреть большеВ общем, чем лучше память человека, тем больше информации он может интегрировать и обрабатывать. В квантовых вычислениях, чем дольше квантовый бит может «помнить» квантовое состояние, тем больше вычислений он может выполнить. «Память» квантовых вычислений можно сравнить со временем когерентности. Что такое время когерентности? Время когерентности — важный показатель качества квантового бита. Оно представляет собой продолжительность времени, в течение которого квантовый бит может оставаться в состоянии суперпозиции. Чем дольше время когерентности, тем больше вычислений может выполнить квантовый компьютер. Проще говоря, время когерентности — это также «рабочее время» , которое квантовый компьютер может использовать для вычислений. В настоящее время квантовые вычисления на ионных ловушках имеют явное преимущество в реализации длительной когерентности. В чем сложность долгой когерентности? Квантовые биты в большинстве маршрутов квантовых вычислений очень чувствительны к помехам со стороны окружающей среды (температура, шум и даже космические лучи), и попытка сохранить их суперпозицию и запутанность в течение длительных периодов времени так же сложна, как попытка сохранить группу активные котята в очереди. Создание идеального квантового бита также является сложной задачей, поскольку существуют физические ограничения, такие как природа материалов и производственный процесс, которые могут привести к созданию несовершенных квантовых битов. Это похоже на присутствие активной кошки или даже собаки в группе хорошо воспитанных кошек, что может сильно повлиять на время слаженности. T1 и T2, ключевые технологические показатели квантовых вычислений Исследуя время когерентности в квантовых вычислениях, мы часто фокусируемся на двух параметрах: времени T1 и времени T2 (время T1 и время T2). Это разные точки зрения на то, как долго работает квантовый бит. Время T1 определяет, как долго вы можете различать состояние 1 и состояние 0 квантового бита. Когда квантовый бит переходит на высокий энергетический уровень (возбужденное состояние), аналогично тому, как классический бит переходит от 0 к 1. В классическом бите состояние 1 может поддерживаться относительно легко, но в квантовом бите оно возвращается в состояние с более низкой энергией за определенный промежуток времени. Это время – время энергетической релаксации. В течение времени T1 квантовый бит возвращается из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, т. е. он меняется с 1 обратно на 0. Это означает, что квантовый бит теряет информацию, которую он несет. С другой стороны, время Т2 представляет собой время, необходимое для поддержания фазовой информации в состоянии суперпозиции ; если время T2 короткое, состояние суперпозиции битов может перейти в другое состояние суперпозиции или даже перестать быть состоянием суперпозиции, теряя таким образом переносимую информацию. Короче говоря, время T1 и время T2 являются временными параметрами производительности квантового бит...
Посмотреть большеЧто такое антиферромагнетик? Рисунок 1: Расположение магнитных моментов в антиферромагнетиках. Обычными свойствами железа являются ферромагнетизм, сегнетоэлектричество и сегнетоупругость. Материалы, обладающие двумя и более свойствами железа одновременно, называются мультиферроиками. Мультиферроики обычно обладают сильными свойствами связи с железом, т.е. одно свойство железа в материале может модулировать другое свойство железа, например, использование приложенного электрического поля для модуляции сегнетоэлектрических свойств материала и, таким образом, влиять на ферромагнитные свойства материала. Ожидается, что такие мультиферроики станут следующим поколением электронных спиновых устройств. Среди них широко изучаются антиферромагнитные материалы, поскольку они обладают хорошей устойчивостью к приложенному магнитному полю. Антиферромагнетизм — это магнитное свойство материала, в котором магнитные моменты расположены в антипараллельном шахматном порядке и не обладают макроскопическим чистым магнитным моментом. Это магнитоупорядоченное состояние называется антиферромагнетизмом. Внутри антиферромагнетика спины соседних валентных электронов имеют тенденцию быть в противоположных направлениях, и магнитное поле не генерируется. Антиферромагнитные материалы относительно редки, и большинство из них существуют только при низких температурах, например, оксид железа, ферромарганцевые сплавы, никелевые сплавы, редкоземельные сплавы, редкоземельные бориды и т. д. Однако существуют также антиферромагнитные материалы при комнатной температуре, например BiFeO3, который в настоящее время находится на стадии горячих исследований. Перспективы применения антиферромагнитных материалов. Знания об антиферромагнетизме возникли главным образом благодаря развитию технологии рассеяния нейтронов, благодаря которой мы можем «видеть» расположение спинов в материалах и тем самым подтверждать существование антиферромагнетизма. Возможно, Нобелевская премия по физике вдохновила исследователей сосредоточиться на антиферромагнитных материалах, и ценность антиферромагнетизма постепенно стала изучаться. Антиферромагнитные материалы менее подвержены ионизации и интерференции магнитных полей и имеют собственные частоты и частоты переходов состояний на несколько порядков выше, чем у типичных ферромагнетиков. Антиферромагнитное упорядочение в полупроводниках наблюдается легче, чем ферромагнитное упорядочение. Эти преимущества делают антиферромагнитные материалы привлекательным материалом для спинтроники. Новое поколение магнитной оперативной памяти использует электрические методы для записи и чтения информации на ферромагнетиках, что может снизить устойчивость ферромагнетиков и не способствует стабильному хранению данных, а поля рассеяния ферромагнитных материалов могут стать существенным препятствием для высокоинтегрированных воспоминания. Напротив, антиферромагнетики имеют нулевую суммарную намагниченность, не генерируют поля рассеяния и нечу...
Посмотреть больше