CM: созданы квантовые сенсоры для визуализации потерь энергии в электронике

Ученые из Японии и США разработали инновационный метод визуализации потерь энергии с использованием квантовых алмазных сенсоров. Работа опубликована в журнале Communications Materials (CM).

Современные гаджеты, электромобили и солнечные панели требуют все больше энергии, и важно, чтобы она не тратилась впустую.

Одна из главных проблем — потери энергии в электронных устройствах, особенно при работе на высоких частотах. Эти потери мешают делать электронику более компактной и эффективной.

Чтобы решить эту задачу, исследователи придумали способ, как буквально "заглянуть внутрь" магнитных материалов, из-за которых происходят такие потери. Они использовали особые алмазы с квантовыми свойствами, чтобы измерить слабые магнитные поля, возникающие в работе устройства.

Внутри алмазов есть уникальные атомы — центры азот-вакансия (NV). Они чувствительны к слабым магнитным полям и позволяют измерять даже очень тонкие изменения. С помощью этих алмазных сенсоров команда исследователей смогла одновременно измерять силу и "задержку" магнитного поля — именно эта задержка показывает, сколько энергии теряется.

Такой подход работает в очень широком диапазоне частот: от 100 герц (примерно частота работы электросети) до 2,3 мегагерц (частоты, используемые в продвинутой электронике).

Ученые изучали специальные магнитные пленки, которые используются в новых электронных устройствах. Они выяснили, что потери энергии зависят от направления, в котором работает магнитное поле внутри материала. В одном направлении потери почти отсутствуют, а в другом — растут с частотой.

Кроме того, исследователям удалось увидеть движение так называемых доменных стенок — микроскопических границ между участками с разной намагниченностью. Это один из процессов, из-за которого теряется энергия.

Новый метод позволяет точно и наглядно изучать, как теряется энергия в деталях электроники. Это поможет создавать более эффективные устройства: зарядки, процессоры, электродвигатели и многое другое.

"Наши технологии можно применять в электронике, магнитной памяти, электромобилях и даже в развитии квантовых технологий", — отметил профессор Муцко Хатано, руководитель исследования.

Теперь инженеры смогут создавать материалы с минимальными потерями, а значит — экономить электроэнергию и делать технику более надежной, компактной и экологичной.