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探测器和传感器

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金刚石磁力计可以帮助收缩计算机硬盘

27 Sep 2016 IsabelleDumé.
NV传感器:钻石的光电子和硬盘驱动头

钻石中的氮空位(NV)缺陷已用于产生磁力计,可以测量由硬盘写头产生的宽带磁场。该工作由德国和英国的研究人员完成,他已经表明单个NV可以检测与纳米分辨率的写头相关的振荡和静态磁场。新工作可以帮助进一步小型化硬盘驱动器,从而提高数据存储容量。

“硬盘行业目前没有建立的传感器,可以在5的规模上解析写头的磁场–10 nm,”解释了斯图加特大学的团队ingmar jakobi。“这是开发这些设备的严重障碍,这将在不断增长的数字世界中携带最大的数据份额。”

Diamond中的NV缺陷为该问题提供了解决方案,因为它包括单个电子旋转,其从其直接周围环境中高度隔离。这种旋转基本上是一个微小的磁铁,可用于检测磁场的变化在纳米距离上。

亮灯

现在,一个团队领导 Jörg Wrachtrup 在斯图加特大学表明,单个NV可以充当原子大小的磁传感器,可以检测由硬盘编写器的头部产生的宽带磁场。当用绿灯照射时,NV中心放置红色荧光灯,这种红灯的强度受到外部磁场的存在影响。“根据NV缺陷的旋转状态,我们看到更暗或更亮的荧光,这使我们可以使用共聚焦显微镜将靠近写头附近的单个缺陷并确定其旋转状态,” explains Jakobi.

旋转也具有塞曼相互作用,由此其能级在磁场的存在下分裂。这意味着可以通过进行磁共振测量来确定应用的静态场的强度。此外,可以确定振荡场的强度测量自旋过渡速率。

因为NV电子旋转或多或少限制在金刚石晶格的单个部位,所以传感器探针只是几个立方埃的体积。结果,团队实现的空间分辨率取决于其准确定位NV的能力–以及NV来自钻石表面的距离。

浅达夫斯

为了测试其基于NV的传感器,研究人员扫描了一个硬盘头– which is about 1 mm in size –在含有NVS的金刚石样品的表面上。写头的关键部分,写杆,只有100左右 NM尺寸并定位在NVS附近。“我们可以首先观察NVS如何随所施加的场方向改变的荧光响应,” says Jakobi. “当该字段与晶体轴对齐时,它处于最亮的状态,因此缺陷是导向的,因此这是一种测量场的好方法’s orientation.”

使用NV中心,该团队能够测量在接近一个Gigahertz的频率下振荡的磁场。它还可以测量毫在纳米距离的磁场强度变化。

团队,包括研究人员 希捷技术 在伦敦德里和 元素六 在牛津,说NV缺陷可以发展成强大的r&D用于人工纳米磁性装置的工具。“在硬盘行业中,特别是对增加的面密度容量有巨大的需求–也就是说,记录介质上的比特较小,因此读取和写入数据的较小结构,” explains Jakobi. “因此,原子标度NV传感器可以在帮助小型化录音头和满足这种需求方面发挥关键作用。”

质量控制

他认为,生产线的质量控制传感器也是一种可能性。目前,作家只能在成品硬盘中进行测试,但新技术可能允许在生产过程中早期测试晶圆级,从而降低制造成本。

鹏波李 at Xi’中国不参与本研究的交通大学说新的研究是“非常有趣和重要”. “它提供了一个独特的工具,用于精确地测量纳米级上的磁场,并将基于NV中心推进高精度传感器的领域。”

Wrachtrup和同事报告他们的实验 自然纳米技术.

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