نانومواد

ابزاری کوچک برای اندازه گیری کم نورترین میدان های مغناطیسی

ابزاری کوچک برای اندازه گیری کم نورترین میدان های مغناطیسی

 

ابزاری کوچک برای اندازه گیری کم نورترین میدان های مغناطیسی
(الف) یک دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) متشکل از یک حلقه ابررسانا است که در دو نقطه توسط پیوندهای ضعیف قطع می شود (در این مورد یک لایه گرافن). (ب) SQUID جدید از انبوهی از مواد دو بعدی تشکیل شده است که شامل دو لایه گرافن است که توسط یک فیلم نازک از نیترید بور از هم جدا شده اند. (دانشگاه بازل ، گروه فیزیک

ابزاری کوچک برای اندازه گیری کم نورترین میدان های مغناطیسی فیزیکدانان دانشگاه بازل ابزاری کوچک ساخته اند که می تواند میدان های مغناطیسی بسیار ضعیف را تشخیص دهد. در قلب دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا دو لایه گرافن از نظر اتمی نازک قرار دارد که محققان آنها را با نیترید بور ترکیب کردند. ابزارهایی مانند این یکی علاوه بر استفاده برای تحقیق در مورد مواد جدید ، در زمینه هایی مانند پزشکی نیز کاربرد دارند.

دانشکده ها : برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی بسیار کوچک ، محققان اغلب از دستگاه های تداخل کوانتومی ابررسانا یا SQUID استفاده می کنند. در پزشکی ، استفاده از آنها شامل نظارت بر فعالیت مغز یا قلب است ، به عنوان مثال ، در حالی که در علوم زمین محققان از SQUIDs برای توصیف ترکیب سنگها یا تشخیص جریان های آب زیرزمینی استفاده می کنند. این وسایل همچنین در سایر زمینه های کاربردی و تحقیقات اساسی کاربردهای گسترده ای دارند.

تیم تحت هدایت پروفسور کریستین شوننبرگر از گروه فیزیک دانشگاه بازل و انستیتوی علوم نانو سوئیس اکنون موفق به ایجاد یکی از کوچکترین SQUID های ساخته شده تاکنون شده اند. محققان موفقیت خود را در مجله علمی نامه های نانو توصیف کردند.

یک حلقه ابررسانا با پیوندهای ضعیف

یک SQUID معمولی متشکل از یک حلقه ابررسانا است که در دو نقطه توسط یک فیلم بسیار نازک با خاصیت رسانایی یا عایق بندی طبیعی قطع می شود. این نقاط که به عنوان پیوندهای ضعیف شناخته می شوند ، باید آنقدر نازک باشند که جفت الکترون های مسئول ابررسانایی قادر به عبور از آنها باشند. محققان اخیراً همچنین استفاده از نانومواد مانند نانولوله ها ، نانوسیم ها یا گرافن را برای ایجاد پیوندهای ضعیف متصل کننده دو ابررسانا آغاز کردند.

در نتیجه پیکربندی ، SQUID ها دارای یک آستانه جریان بحرانی هستند که بالاتر از آن ابررسانای بدون مقاومت به یک رسانا با مقاومت معمولی تبدیل می شود. این آستانه بحرانی با عبور شار مغناطیسی از حلقه تعیین می شود. با اندازه گیری دقیق این جریان بحرانی ، محققان می توانند در مورد قدرت میدان مغناطیسی نتیجه گیری کنند.

SQUID با شش لایه

“دیوید ایندولز” نویسنده اصلی توضیح می دهد: “SQUID جدید ما از یک دسته پیچیده و شش لایه از مواد دو بعدی جداگانه تشکیل شده است.” در داخل آن دو لایه گرافن وجود دارد که توسط یک لایه بسیار نازک از نیترید بور عایق از هم جدا شده اند. “اگر دو تماس ابررسانا به این ساندویچ متصل شده باشد ، مانند SQUID رفتار می کند – به این معنی که می توان از آن برای تشخیص میدان های مغناطیسی بسیار ضعیف استفاده کرد.”

الف) یک دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) متشکل از یک حلقه ابررسانا است که در دو نقطه توسط پیوندهای ضعیف قطع می شود (در این مورد یک لایه گرافن). ب) SQUID جدید از انبوهی از مواد دو بعدی تشکیل شده است که شامل دو لایه گرافن است که توسط یک فیلم نازک از نیترید بور از هم جدا شده اند. (دانشگاه بازل ، گروه فیزیک)

در این تنظیمات ، لایه های گرافن پیوندهای ضعیفی هستند ، اگرچه بر خلاف یک SQUID معمولی ، آنها در کنار یکدیگر قرار ندارند ، اما یکی در بالای دیگری ، به صورت افقی تراز شده اند. دکتر پاریتوش کارناتاک از تیم شوننبرگر توضیح می دهد: “در نتیجه ، SQUID ما سطح بسیار کمی دارد که فقط توسط محدودیت های فن آوری ساخت نانو محدود می شود.”

دستگاه کوچک برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی فقط حدود ۱۰ نانومتر ارتفاع دارد – تقریباً یک هزارم ضخامت موی انسان. این ابزار می تواند ابر جریانهایی را که در فضاهای کوچک جریان دارند تحریک کند. علاوه بر این ، حساسیت آن را می توان با تغییر فاصله بین لایه های گرافن تنظیم کرد. محققان همچنین می توانند با کمک میدان های الکتریکی ، قدرت سیگنال را افزایش دهند و دقت اندازه گیری را بیشتر کنند.

تجزیه و تحلیل عایقهای توپولوژیک

هدف اصلی تیم تحقیقاتی بازل در توسعه SQUID های جدید تجزیه و تحلیل جریان لبه مقره های توپولوژیک . مقره های توپولوژیک در حال حاضر مورد توجه گروه های تحقیقاتی بی شماری در سراسر جهان هستند. در داخل ، آنها مانند عایق رفتار می کنند ، در حالی که در خارج – یا در امتداد لبه ها – جریان را تقریباً بدون اتلاف انجام می دهند ، و آنها را کاندیداهای گسترده ای برای کاربردهای مختلف در زمینه الکترونیک می کند.

“با استفاده از SQUID جدید ، ما می توانیم تشخیص دهیم که آیا این جریان های فوق ضرر به دلیل خاصیت توپولوژیکی یک ماده است یا نه ، و بنابراین آنها را از مواد غیر توپولوژیکی جدا می کند. این برای مطالعه عایق های توپولوژیک بسیار مهم است ،” پروژه. در آینده ، SQUID همچنین می تواند به عنوان تقویت کننده کم صدا برای سیگنال های الکتریکی با فرکانس بالا یا به عنوان مثال برای تشخیص امواج مغزی محلی (مگنتوآنسفالوگرافی) استفاده شود ، زیرا طراحی جمع و جور آنها به این معنی است که تعداد زیادی از دستگاه ها می توانند به صورت سری متصل شوند.


عایق های توپولوژیک از هدایت بدون فقدان در لبه ها برخوردار هستند

اطلاعات بیشتر: David I. Indolese و همکاران SQUID جمع و جور که در یک ساختار ناهمگن گرافن دو لایه تحقق یافته است ، نامه های نانو (۲۰۲۰). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c02412
تهیه شده توسط دانشگاه بازل

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا