مسح مقياس المغناطيسية NV، المجهر الماسي الكمي

التطبيقات

دراسة Skyrmion - تطبيقات AFM لمركز Quantum Diamond NV

هل يمكنك أن تتخيل قرصًا صلبًا لجهاز كمبيوتر محمول بحجم حبة الأرز؟ Skyrmion، وهو هيكل شبه جسيم غامض في المجال المغناطيسي، يمكن أن يجعل هذه الفكرة التي لا يمكن تصورها حقيقة واقعة، مع مساحة تخزين أكبر ومعدلات نقل أسرع للبيانات لهذه "حبة الأرز". فكيف يمكن مراقبة هذا الهيكل الجزيئي الغريب؟ The CIQTEK Quantum Diamond Atomic يمكن أن يخبرك مجهر القوة (QDAFM)، المستند إلى مركز النيتروجين الشاغر (NV) في التصوير الماسي ومسح AFM، بالإجابة. ما هو سكيرميون مع التطور السريع للدوائر المتكاملة واسعة النطاق، وعملية الرقائق إلى مقياس النانومتر، تم تسليط الضوء تدريجياً على التأثير الكمي، وواجه "قانون مور" حدودًا فيزيائية. وفي الوقت نفسه، مع هذه الكثافة العالية للمكونات الإلكترونية المتكاملة على الشريحة، أصبحت مشكلة التبديد الحراري تحديًا كبيرًا. يحتاج الناس بشكل عاجل إلى تكنولوجيا جديدة لاختراق عنق الزجاجة وتعزيز التنمية المستدامة للدوائر المتكاملة. يمكن لأجهزة Spintronics تحقيق كفاءة أعلى في تخزين المعلومات ونقلها ومعالجتها من خلال استغلال خصائص دوران الإلكترونات، وهي طريقة مهمة لاختراق المعضلة المذكورة أعلاه. في السنوات الأخيرة، من المتوقع أن تكون الخصائص الطوبولوجية في الهياكل المغناطيسية والتطبيقات المرتبطة بها هي حاملات المعلومات للجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية الدورانية، والتي تعد واحدة من النقاط الساخنة للبحث الحالي في هذا المجال. Skyrmion (المشار إليه فيما بعد باسم Skyrmion المغناطيسي) عبارة عن بنية تدور محمية طوبولوجيًا بخصائص شبه جسيمية، وباعتباره نوعًا خاصًا من جدار المجال المغناطيسي، فإن هيكله عبارة عن توزيع مغنطة مع دوامات. على غرار جدار المجال المغناطيسي، يوجد أيضًا انعكاس لحظي مغناطيسي في Skyrmion، ولكن على عكس جدار المجال، فإن Skyrmion عبارة عن بنية دوامية، ويكون انعكاس عزمه المغناطيسي من المركز إلى الخارج، والأنواع الشائعة هي من نوع Bloch Skyrmions وSkyrmions من نوع نيل. الشكل 1: رسم تخطيطي لهيكل skyrmion. ( أ ) Skyrmions من نوع Neel ( ب ) Skyrmions من نوع Bloch Skyrmion عبارة عن حامل معلومات طبيعي يتمتع بخصائص فائقة مثل سهولة التلاعب وسهولة الثبات وصغر الحجم وسرعة القيادة السريعة. لذلك، من المتوقع أن تلبي الأجهزة الإلكترونية المعتمدة على Skyrmions متطلبات الأداء للأجهزة المستقبلية من حيث عدم التقلب، والقدرة العالية، والسرعة العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة. ما هي تطبيقات Skyrmions ذاكرة مضمار السباق Skyrmion تستخدم ذاكرة مضمار السباق أسلاكًا نانوية مغناطيسية كمسارات وجدران المجال المغناطيسي كحاملات، حيث يقود التيار الكهربائي حركة جدران المجال المغناطيسي. في عام 2013، اقترح الباحثون ذاكرة حلبة السباق Skyrmion، وهي بديل واعد أكثر. بالمقارنة مع كثافة محرك الأقراص الحالية لجدار المجال المغناطيسي، فإن Skyrmion أصغر بمقدار 5-6 أوامر، مما قد يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. عن طريق ضغط Skyrmions، يمكن أن تكون المسافة بين Skyrmions المجاورة وقطر Skyrmion بنفس الترتيب من حيث الحجم، مما قد يؤدي إلى كثافة تخزين أعلى. الشكل 2: ذاكرة مضمار السباق المستندة إلى Skyrmion ترانزستور سكيرميون يمكن أيضًا استخدام Skyrmions في اتجاه الترانزستورات، مما يفتح أفكارًا جديدة لتطوير أشباه الموصلات. كما هو مبين في الشكل 3، يتم إنشاء Skyrmion في أحد طرفي الجهاز باستخدام MTJ (تقاط...

تكنولوجيا التصوير المغناطيسي لمركز Diamond NV لأبحاث الخلايا

الضوء والكهرباء والحرارة والمغناطيسية كلها كميات فيزيائية مهمة تدخل في قياسات علوم الحياة، مع كون التصوير البصري هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. مع التطور المستمر للتكنولوجيا، أدى التصوير البصري، وخاصة التصوير الفلوري، إلى توسيع أفق البحوث الطبية الحيوية بشكل كبير. ومع ذلك، غالبًا ما يكون التصوير البصري محدودًا بإشارة الخلفية في العينات البيولوجية، وعدم استقرار إشارة الفلورسنت، وصعوبة القياس الكمي المطلق، مما يقيد تطبيقه إلى حد ما. يعد التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) بديلاً جيدًا وله مجموعة واسعة من التطبيقات في بعض سيناريوهات علوم الحياة المهمة، مثل فحص آفات أعضاء الجمجمة والعصبية والعضلات والأوتار والمفاصل والبطن، وذلك بسبب اختراقه وانخفاضه خصائص الخلفية والاستقرار. على الرغم من أنه من المتوقع أن يعالج التصوير بالرنين المغناطيسي أوجه القصور المذكورة أعلاه في التصوير البصري، إلا أنه محدود بسبب الحساسية المنخفضة والاستبانة المكانية المنخفضة، مما يجعل من الصعب تطبيقه على التصوير على مستوى الأنسجة بدقة ميكرون إلى نانومتر. تم تطوير مستشعر مغناطيسي كمي ناشئ في السنوات الأخيرة، ومركز شغور النيتروجين (NV)، وهو عيب نقطة الانارة في الماس، وتقنية التصوير المغناطيسي القائمة على مركز NV تمكن من اكتشاف الإشارات المغناطيسية الضعيفة بدقة تصل إلى مستوى النانومتر وهي غير -المجتاحة . وهذا يوفر منصة قياس المجال المغناطيسي مرنة ومتوافقة للغاية لعلوم الحياة. وهو فريد لإجراء الدراسات على مستوى الأنسجة والتشخيص السريري في مجالات المناعة والالتهابات، والأمراض التنكسية العصبية، وأمراض القلب والأوعية الدموية، والاستشعار المغناطيسي الحيوي، وعوامل التباين بالرنين المغناطيسي، وخاصة للأنسجة البيولوجية التي تحتوي على خلفيات بصرية، وانحرافات النقل البصري، وتتطلب تحليل كمي. تكنولوجيا التصوير المغناطيسي لمركز Diamond NV هناك نوعان رئيسيان من تقنية التصوير المغناطيسي الماسي NV-center: مسح التصوير المغناطيسي والتصوير المغناطيسي واسع المجال. يتم دمج التصوير المغناطيسي المسحي مع تقنية الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM)، والتي تستخدم مستشعرًا مركزيًا ماسيًا أحادي اللون. طريقة التصوير هي نوع من التصوير بمسح نقطة واحدة، والذي يتمتع بدقة وحساسية مكانية عالية جدًا. إلا أن سرعة التصوير ومدى التصوير يحدان من تطبيق هذه التقنية في بعض المناطق. من ناحية أخرى، يستخدم التصوير المغناطيسي واسع المجال مستشعرًا ماسيًا مربوطًا بتركيز عالٍ من مراكز NV مقارنةً بمركز NV واحد، مما قلل من الدقة المكانية ولكنه يُظهر إمكانات كبيرة للتصوير واسع النطاق في الوقت الفعلي. قد يكون الأخير أكثر ملاءمة للبحث في مجال التصوير المغناطيسي الخلوي. تطبيقات مركز NV تكنولوجيا التصوير المغناطيسي واسع المجال في أبحاث الخلايا التطبيق 1: التصوير المغناطيسي للبكتيريا المغنطيسية البكتيريا المنجذبة مغناطيسيًا هي فئة من البكتيريا التي يمكنها التحرك بشكل اتجاهي تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي وتكوين جسيمات نانوية مغناطيسية (جسيمات مغناطيسية) في أجسامها، خاصة في التربة والبحيرات والمحيطات. من خلال وضع البكتيريا على سطح الماس واستخدام الأساليب البصرية لاستكشاف حالة الدوران الكمي لمركز NV، يمكن للباحثين إعادة بناء صور مكونات ناقلات المجال المغناطيسي التي تولدها الجسيمات المغناطيسية في البكتيريا بسرعة. يتيح الفحص المجهري للتصوير المغناطيسي واسع المجال التصوير البصري وال...

آفاق جديدة للمواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد - تطبيقات Quantum Diamond NV-center AFM

لعدة قرون، ظلت البشرية تستكشف المغناطيسية والظواهر المرتبطة بها دون توقف. في الأيام الأولى للكهرومغناطيسية وميكانيكا الكم، كان من الصعب على البشر أن يتخيلوا انجذاب المغناطيس للحديد، وقدرة الطيور أو الأسماك أو الحشرات على التنقل بين وجهات تبعد عن بعضها آلاف الأميال - وهي ظواهر مذهلة ومثيرة للاهتمام بنفس القدر. أصل مغناطيسي. تنشأ هذه الخصائص المغناطيسية من الشحنات المتحركة ودوران الجسيمات الأولية، والتي تكون سائدة مثل الإلكترونات. أصبحت المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد نقطة بحثية ذات أهمية كبيرة، وهي تفتح اتجاهات جديدة لتطوير أجهزة الإلكترونيات السبينية، التي لها تطبيقات مهمة في الأجهزة الإلكترونية الضوئية الجديدة وأجهزة الإلكترونيات السبينية. ومؤخرًا، أطلقت رسائل الفيزياء 2021، العدد 12، أيضًا ميزة خاصة حول المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد، تصف تقدم المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد من الناحية النظرية والتجارب من وجهات نظر مختلفة. يمكن لمادة مغناطيسية ثنائية الأبعاد لا يزيد سمكها عن بضع ذرات أن توفر الركيزة لإلكترونيات السيليكون الصغيرة جدًا. تتكون هذه المادة المذهلة من أزواج من الطبقات الرقيقة جدًا التي يتم تكديسها معًا بواسطة قوى فان دير فالس، أي القوى بين الجزيئات، بينما ترتبط الذرات الموجودة داخل الطبقات بروابط كيميائية. على الرغم من أنه سميك ذريًا فقط، إلا أنه لا يزال يحتفظ بالخصائص الفيزيائية والكيميائية من حيث المغناطيسية والكهرباء والميكانيكا والبصريات. المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد الصورة المشار إليها من https://phys.org/news/2018-10-flexy-flat-functional-magnets.html لاستخدام تشبيه مثير للاهتمام، كل إلكترون في مادة مغناطيسية ثنائية الأبعاد يشبه بوصلة صغيرة ذات قطبين شمالي وجنوبي، واتجاه "إبر البوصلة" هذه يحدد شدة المغنطة. عندما تتم محاذاة "إبر البوصلة" المتناهية الصغر هذه تلقائيًا، يشكل التسلسل المغناطيسي المرحلة الأساسية للمادة، مما يسمح بتحضير العديد من الأجهزة الوظيفية، مثل المولدات والمحركات، والذكريات المقاومة المغناطيسية، والحواجز البصرية. هذه الخاصية المذهلة جعلت المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد ساخنة أيضًا. على الرغم من أن عمليات تصنيع الدوائر المتكاملة آخذة في التحسن الآن، إلا أنها مقيدة بالفعل بالتأثيرات الكمومية مع تقلص الأجهزة. واجهت صناعة الإلكترونيات الدقيقة اختناقات مثل انخفاض الموثوقية وارتفاع استهلاك الطاقة، كما واجه قانون مور الذي استمر لما يقرب من 50 عامًا صعوبات أيضًا (قانون مور: يتضاعف عدد الترانزستورات التي يمكن استيعابها في دائرة متكاملة في حوالي 50 عامًا) كل 18 شهرًا). إذا أمكن استخدام المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد في المستقبل في مجال أجهزة الاستشعار المغناطيسية والذاكرة العشوائية وغيرها من أجهزة الإلكترونيات الدورانية الجديدة، فقد يكون من الممكن كسر عنق الزجاجة في أداء الدوائر المتكاملة. نحن نعلم بالفعل أن بلورات فان دير فال المغناطيسية تحمل تأثيرات كهرومغناطيسية خاصة، وبالتالي فإن الدراسات المغناطيسية الكمية تعد خطوة أساسية في البحث عن المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد. ومع ذلك، لا تزال الدراسات التجريبية الكمية حول الاستجابة المغناطيسية لمثل هذه المغناطيسات على المستوى النانوي غير متوفرة إلى حد كبير. أبلغت بعض الدراسات الحالية عن تحقيق اكتشاف المغناطيسية البلورية على مقياس الميكرون، لكن هذه التقنيات لا توفر حتى الآن معلومات كمية حول المغنطة ...

Products