Czujniki diamentowe do spintroniki i obrazowania MRI następnej generacji
Projekt DIADEMS przeszedł długą drogę od czasu, gdy opisywaliśmy go w serwisie CORDIS w 2016 roku. W tym czasie celem konsorcjum było wykorzystanie sztucznych diamentów do wykrywania pól magnetycznych z dokładnością do nanometrów. Ukończony już projekt DIADEMS przeszedł wszelkie oczekiwania, a powstałe w jego ramach rozwiązania – wraz z potencjalnym nowym projektem – wkrótce powinny ujrzeć światło dzienne. Czujniki DIADEMS oparte są na centrach barwnych „azot-wakancja” (ang. nitrogen-vacancy, NV) w ultraczystych, sztucznych diamentach: Jednowęglowy atom w ultraczystym pojedynczym krysztale diamentu jest zastępowany atomem azotu, a pozostała pusta sąsiadująca lokacja w sieci przestrzennej tworzy centrum azot-wakancja (NV). To z kolei umożliwia rozwój magnetometrów w skali atomowej o bardzo wysokiej czułości, do różnych zastosowań. „Jednym z takich zastosowań jest szerokozakresowy przyrząd magnetyczny do monitorowania obwodów elektronicznych. Jest to nowe narzędzie, które jest bardzo wygodne w użyciu, ponieważ działa w temperaturze pokojowej i w warunkach atmosferycznych”, mówi Thierry Debuisschert, koordynator DIADEMS w Thales Research & Technology. „Inne zastosowania obejmują eksperymentalną charakterystykę głowic do odczytu/zapisu dla dysków twardych o wysokiej gęstości w celu zwiększenia ich pojemności; jądrowy rezonans magnetyczny (ang. nuclear magnetic resonance, NMR) o wyższej czułości, niższym koszcie i zmniejszonym polu magnetycznym w aparatach MRI; nowe urządzenia fotoniczne zwiększające skuteczność wykrywania fluorescencji NV; analizator widma dla pasma GHz oraz charakterystykę domen w materiałach antyferromagnetycznych”. Biorąc uwagę tak duży potencjał, nie może dziwić, że w całej Europie realizowane są projekty czerpiące z tych badań. Na przykład partner projektu Attocube Systems opracowuje obecnie połączenie mikroskopu sił atomowych i konfokalnego z wykorzystaniem jednego ośrodka NV jako czujnika, przeznaczonego do zastosowań komercyjnych. Element 6, kolejny partner projektu, wzbogacił już swoje portfolio o zaawansowane materiały oparte na centrach NV. „Partnerzy projektu założyli również cztery nowe przedsiębiorstwa: NVision, SQUTEC, QNAMI i QZABRE”, tłumaczy Debuisschert. „Jesteśmy bardzo aktywni od czasu zakończenia projektu”, dodaje. „Dążymy do zwiększenia przepustowości, czułości i rozdzielczości, a także badamy nowe zastosowania, takie jak charakterystyka anten mikrofalowych czy czujniki o wysokiej czułości oparte na diamentowych rezonatorach optycznych”. Konsorcjum przedłożyło również nowy wniosek o dalsze finansowanie w ramach programu „Horyzont 2020”, który jest obecnie poddawany ocenie. Jego cel byłby potrójny: rozwój zaawansowanych zastosowań opartych na pomiarze pola magnetycznego i przeznaczonych na przykład do samochodów elektrycznych, wczesnego diagnozowania chorób, biologii, robotyki i zarządzania komunikacją bezprzewodową. Miałby on również na celu stworzenie nowych zastosowań do wykrywania temperatury w ogniwie, monitorowania nowych stanów materii pod wysokim ciśnieniem oraz wyczuwania pól elektrycznych z najwyższą czułością. Wreszcie, mógłby on stworzyć nowe narzędzia pomiarowe w celu wyjaśnienia przy pomocy NMR zarówno chemicznych struktur pojedynczych cząsteczek dla przemysłu farmaceutycznego, jak i struktur urządzeń spintronicznych w nanoskali. „W ramach nowego projektu opracowane zostaną narzędzia niezbędne do osiągnięcia tych celów: najwyższej jakości materiał diamentowy o ultraniskim stopniu zanieczyszczenia, zaawansowane protokoły pozwalające przezwyciężyć szum resztkowy w schematach pomiarowych oraz zoptymalizowana inżynieria dla zminiaturyzowanych i wydajnych urządzeń”, podkreśla Debuisschert. Uczony ma nadzieję, że zastosowania te pojawią się w okresie realizacji projektu przewodniego UE dotyczącego przyszłych i powstających technologii (ang. future and emerging technologies, FET) w dziedzinie technologii kwantowych.
Słowa kluczowe
DIADEMS, czujniki, spintronika, MRI, diament, pola magnetyczne
