Diamantbaserede sensorer muliggør spintronics og næste generations MRI

Sensorer udviklet under DIADEMS-projektet og i stand til at måle magnetiske felter med hidtil uset nøjagtighed er på vej mod kommercialisering. Teknologien har allerede ansporet til oprettelsen af ​​fire nystartede virksomheder.

DIADEMS-projektet er nået langt, siden det blev dækket af CORDIS i 2016. Dengang konsortiet havde til formål at bruge kunstige diamanter til at fornemme magnetiske felter ned til nanometeret. Nu afsluttet, DIADEMS oversteg alle forventninger, og markedsansøgninger – sammen med et potentielt nyt projekt – er på vej.

DIADEMS' sensorer er baseret på "nitrogen-vacancy" (NV) farvecentre i ultrarene kunstige diamanter:Et enkelt kulstofatom i en ultraren enkeltkrystaldiamant er erstattet med et nitrogenatom, og det tilstødende gittertomrum danner et kvælstofledighedscenter (NV). Det her, på tur, muliggør udvikling af magnetometre i atomskala med meget høj følsomhed til forskellige anvendelser.

"En af disse applikationer er en bredfelt magnetisk billedkamera til overvågning af elektroniske kredsløb. Dette er et nyt værktøj, der er meget praktisk at bruge, da det fungerer ved stuetemperatur og under omgivende atmosfæriske forhold, " siger Thierry Debuisschert, koordinator for DIADEMS for Thales Research &Technology.

"Andre applikationer inkluderer den eksperimentelle karakterisering af læse-/skrivehoveder til harddiske med høj tæthed for at øge deres kapacitet; kernemagnetisk resonans (NMR) med højere følsomhed, lavere omkostninger og et reduceret magnetfelt i MR-maskiner; nye fotoniske enheder, der øger detektionseffektiviteten af ​​NV-fluorescens; en spektrumanalysator til GHz-området og karakteriseringen af ​​domæner i antiferromagnetiske materialer."

Med alt det potentiale, det er ingen overraskelse at se sideprojekter spire over hele Europa. Projektpartner Attocube Systems, for eksempel, udvikler i øjeblikket en kombination af en atomkraft og et konfokalt mikroskop ved hjælp af et enkelt NV-center som sensor, til kommerciel brug. Element 6, en anden projektpartner, har allerede beriget sin portefølje med avancerede materialer baseret på NV-centre. "I alt fire start-ups er også blevet lanceret af projektpartnere:NVision, SQUTEC, QNAMI og QZABRE, " forklarer Debuisschert.

"Vi har været meget aktive siden projektets afslutning, " tilføjer han. "Vi sigter efter højere båndbredde, følsomhed og opløsning, og vi undersøger også nye applikationer såsom karakterisering af mikrobølgeantenner eller højfølsomme sensorer baseret på optiske diamantresonatorer."

Konsortiet har også fremsendt et nyt forslag til yderligere finansiering under Horizon 2020, som i øjeblikket er under evaluering. Dens mål ville være tredelt:at udvikle avancerede applikationer baseret på magnetfeltmåling til f.eks. elbiler, tidlig diagnosticering af sygdom, biologi, robotteknologi, og trådløs kommunikationsstyring. Det ville også have til formål at skabe nye registreringsapplikationer til at registrere temperatur i en celle, overvåge nye tilstande af stof under højt tryk og registrere elektriske felter med ultimativ følsomhed. Endelig kunne det skabe nye måleværktøjer til at belyse både den kemiske struktur af enkelte molekyler ved NMR til den farmaceutiske industri såvel som strukturen af ​​spintronics-enheder på nanoskala.

"Det nye projekt vil udvikle de nødvendige værktøjer til at nå disse mål:diamantmateriale af højeste kvalitet med ultralavt urenhedsniveau, avancerede protokoller til at overvinde resterende støj i registreringsskemaer, og optimeret teknik til miniaturiserede og effektive enheder, " påpeger Debuisschert. Han håber, at disse applikationer vil dukke op inden for tidsrammen for EU's FET-flagskib om kvanteteknologier.