Os sensores quânticos de diamante podem ser usados para analisar a resposta de magnetização de materiais magnéticos moles usados em eletrônicos de potência; Relatar cientistas baseados em pesquisas colaborativas. Utilizando uma nova técnica de imagem, eles desenvolveram protocolos quânticos para imaginar simultaneamente a amplitude e a fase dos campos Stray CA em uma ampla faixa de frequência de até 2,3 MHz. Seus resultados demonstram que a sensação quântica é uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento de materiais magnéticos avançados em diversas aplicações.
Melhorar a eficiência da conversão de energia na eletrônica de energia é important para uma sociedade sustentável, com semicondutores de banda larga como GaN e SiC Energy Disposits oferecendo vantagens devido aos seus recursos de alta frequência. No entanto, as perdas de energia nos componentes passivos em altas frequências impedem a eficiência e a miniaturização. Isso ressalta a necessidade de materiais magnéticos macios avançados com mais baixas perdas de energia.
Em um estudo recente publicado em Materiais de comunicaçãouma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Mutsuko Hatano, da Escola de Engenharia, do Instituto de Ciência Tóquio, Japão, desenvolveu um novo método para analisar essas perdas, imaginando simultaneamente a amplitude e a fase dos campos perdidos alternados (AC), que são essenciais para entender as perdas de histerese. Usando um sensor quântico de diamante com centros de nitrogênio-vacancia (NV) e desenvolvendo dois protocolos-rastreamento de frequência de qubit (Alcoraco) para KHZ e imagens quânticas de heterodina (QDYNE) para frequências de MHZ-eles perceberam a imagem de campo magnético AC de amplo alcance. Este estudo foi realizado em colaboração com a Harvard College e Hitachi, Ltd.
Os pesquisadores conduziram um experimento de imagem de imagens de campo magnético de campo de ampla frequência de prova de comprovação, aplicando uma corrente CA a uma bobina de 50 turnos e varrendo a frequência de 100 Hz a 200 kHz para Alcorão e 237 kHz a 2,34 MHz para QDYNE. Como esperado, a amplitude e a fase do campo magnético de ampere CA uniformes foram fotografadas usando centros de NV com alta resolução espacial (2-5 µm), validando os dois protocolos de medição.
Usando esse sistema de imagem inovador, a equipe pode mapear simultaneamente a amplitude e a fase dos campos magnéticos vadios do COFEB-SIO2 Filmes finos, que foram desenvolvidos para indutores de alta frequência. Suas descobertas revelaram que esses filmes exibem atraso de fase quase zero de até 2,3 MHz, indicando perdas de energia desprezíveis ao longo do eixo duro. Além disso, eles observaram que a perda de energia depende da anisotropia magnética do materials – quando a magnetização é acionada ao longo do eixo fácil, o atraso da fase aumenta com a frequência, significando maior dissipação de energia.
No geral, os resultados mostram como a detecção quântica pode ser usada para analisar materiais magnéticos moles que operam em frequências mais altas, o que é considerado um grande desafio no desenvolvimento de sistemas eletrônicos altamente eficientes. Notavelmente, a capacidade de resolver o movimento da parede do domínio, um dos mecanismos de magnetização fortemente relacionados às perdas de energia, é um passo essential, levando a importantes avanços práticos e otimizações nos eletrônicos.
No futuro, os pesquisadores esperam melhorar ainda mais as técnicas propostas de várias maneiras. “As técnicas do Alcorão e Qdyne usadas neste estudo podem ser aprimoradas por melhorias na engenharia”, diz Hatano. “O desempenho do Qurack pode ser aprimorado adotando geradores de sinal de alto desempenho para estender sua faixa de amplitude, enquanto otimizando o tempo de coerência de spin e a velocidade de controle de microondas ampliaria a faixa de detecção de frequência de Qdyne”.
“Imagem simultânea da amplitude e fase dos campos magnéticos CA em uma ampla faixa de frequência oferece inúmeras aplicações em potencial em eletrônicos de potência, eletromagnets, memória não volátil e tecnologias de spintronics”, observa Hatano. “Esse sucesso contribui para a aceleração das tecnologias quânticas, particularmente em setores relacionados a objetivos e bem-estar sustentáveis de desenvolvimento”.
