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RFID世界网 2019-10-31 14:03:28

[导读] 美国麻省理工学院(MIT)祅an衘iuren员首ci在guixin片上da造了一謟hi?诮鸶帐?膌iang子传感器,从而能够为di成本、可kuo展的liang子计算、传感和通xin硬件铺ping道路。

据外媒报道,美国麻省理工学院(MIT)祅an衘iuren员首ci在guixin片上da造了一謟hi?诮鸶帐?膌iang子传感器,从而能够为di成本、可kuo展的liang子计算、传感和通xin硬件铺ping道路。

 

 

麻省理工学院祅an衘iuren员使用传统的制造糺i?rutu所示)在guixin片上制造了基于钻石的liang子传感器,该糺i蹩蓎i实现di成本的liang子硬件。

金刚石中的“氮空位(NV)中心”是一种电子的缺陷,能够被光和微波cao纵。作为xiang应,ta们发射出彩色光子,其中携带youyou关周围磁chang和电chang的liang子xin息,可用于生物传感、神经成像、物体jian测和其他传感应用。但是,传统的基于NV的liang子传感器大yuezhiyou一张厨房桌子那么大,其昂贵的分立yuan器件限制了其实用性和可kuo展性。

在《自然电子》上发biao的一篇论wen謝iao?衘iuren员找到了一种方fa,使用传统的半导体制造糺i酰??鵼ou笨重、体ji庞大的zu件(bao括微波发生器、滤光器和光电探测器等)都集成到一个尺寸zhiyou毫米大小的baozhuang中。值de注意的是,该传感器能够在室温下yun衳iao?遹oujian测磁chang方向和强度的能力。

研jiuren员展示了该传感器在磁力计中的用途,zhe意味zhou他们能够测liangyou于周围磁changyin起的yuan子尺度的频聅hi鋒ua,而周围磁chang可能会baohanyou关周围环jing的xin息。通guo进一步完善,该传感器还可用于其他领yu,ruhui制大nao中的电脉chongtu、在漆黑的环jing中探测物体等。

电qi工cheng簍u扑慊?蒲?i(EECS)祅an衘iu生ke里斯tuofu·佛yi(Christopher Foy)说:“一般传感器很nan阻挡磁chang,因cidui于liang子传感器而言,zhe是一个巨大的优势。ruguoyou车辆在您下方的地下隧道中行驶,即使您在那儿看bu到ta,也可yi将其jian测出纁hu?rdquo;

收缩和dui叠

ruguo金刚石晶格结构中两个相lin位置的碳yuan子消失,其中一个yuan子被氮yuan子取代,另一个位置“缺失”,jiu会造成NV中心,导致结构中缺失了键,而ci类结构中的电子会dui周围环jing中的电、磁和光学te性的微小变hua极其min感。

NV中心本质上是一个具youyuan子核和周围电子的yuan子。ta还具you光致发光te性,zhe意味zhouta能够吸收并发射彩色光子。扫guo整个NV中心的微波可yi让其改变状态(正、中性和负),进而改变其电子的自旋。然后,gen据自旋,NV中心觶hi岱⒊鯾u同数liang的红色光子。

一种称为光学jian测磁共zhen(ODMR)的糺i蹩蓎i测liang出NV中心与周围磁chang相互作用后发射出的光子数liang。zhe种相互作用产生了you关磁chang的更多可lianghuaxin息。为了实现zhe一莤iao??颤span class="showtag">传感器xuyao庞大的zu件,bao括激光器、电詂hu⑽⒉ǚ⑸?鳌⒂糜趛in导光和微波的导体、光学滤波器传感器yi及读数zu件。

buguo,MIT研jiuren员开发了一种新型的xin片体xi结构,可yi使用标准的互补金属氧hua物半导体(CMOS)糺i酰瑈i腸hi址绞蕉ㄎ缓蚫ui叠微小的廉价zu件,因ci新型的xin片体xi的功能类似于那些庞大的zu件。研jiuren员说:“ CMOS糺i蹩蓎i在xin片上实现非常复杂的3-D结构, 我们可yi在xin片上创建一个完整的蟙i常?⑶叶ゲ縵hixuyao一块金刚石和绿色激光即可,zhe可yi是常gui的xin片级LED。”

金刚板中的NV中心位于xin片的“传感qu”謝iao?⌒吐躺?す馄骰峒し?V中心,同shi靠jinNV中心放置的纳米线则xiang应电流而产生扫掠微波。基本纁i担?す夂臀⒉ɑ崤浜瞎ぷ鳎?筃V中心发出bu同数liang的红色光子,而差值jiu是研jiuren员实验中xuyao的目标xin号。

在NV中心下方是一个光电二极管,能够消除zao声并测liang光子。在金刚石和光电二极管之间是一个金属光栅,ta可yi充当guo滤器,吸收绿色激光光子,同shi允xu红色光子到达光电二极管。jian而言之,zhe将能在xin片上启用ODMR器件,该器件可yi测liang带you周围磁changxin息的红色光子的共zhen频lv偏移。

但是,一个xin片ru何完成大衪u扑慊?墓ぷ?一个关键技qiaojiu是移dong产生微波的导线,使其与NV中心保chi最jia距离。即使xin片非常小,该精确的距离也可使线电流产生足够的磁chang来cao纵电子。同shi,微波导线和电路在she计中都被kao虑在内,而且被紧密集成至xin片中。在他们的论wen謝iao?衘iuren员biao示,其she计能够产生足够的磁chang,用于目标探测。

zhi是开始

在今nian早些shihou,在国ji固态电路会议上,研jiuren员还介绍了第二代传感器,该传感器dui其she紁ing?辛烁髦zhi慕?瑈i实现100倍高的lingmin度。研jiuren员biao示,接下来,他们致力于ru何将lingmin度提高1000倍,他们目前已you了基本的路线tu:即yaokuo大xin片的尺寸yi增加NV中心的密度,zhe决定了lingmin度。

ruguo研发能够成功,该传感器甚謑iang蓎i用于神经成像应用。zhe意味zhou将传感器放在神经yuanfujin,jian测激发神经yuan的强度和方向,从而帮助研jiuren员hui制神经yuan之间的联xi,并查看哪些神经yuan相互触发。未来的其他应用还bao括替huan车辆和飞机的GPS,you于能够很好地hui制出地球磁chang,liang子传感器jiu能成为极其精确的zhi南zhen,即使在没youGPS的环jing中也是ruci。

研jiuren员说:“zhezhi是成jiu的开始。zhe是襤uan温?さ穆胏heng,但是我们已经you了两个里chengbei,分别是第一代和第二代传感器。我们计划从传感到通xin再到计算。”

哈佛大学高级讲师罗恩·沃尔斯沃思(Ron Walsworth)说:“我duizhe种liang子传感器糺i醭渎?惹椋??u见了ta将在多个领yu产生重大影xiang。他们在liang子金刚石传感器与CMOS糺i跫?煞矫媛醭隽斯丶?囊徊剑?渲衎ao括片上微波的产生和传输,yi及片上guo滤和jian测金刚石中liang子缺陷中携带xin息的ying光灯。下一步将是进一步提高liang子金刚石传感器的lingmin度和带宽,并将CMOS金刚石传感器与bao括hua学分析、NMR光谱和cai料biao征在内的广fan应用结合起纁hu?rdquo;


[整理编ji:CK365测kong网]
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