Você consegue imaginar um disco rígido de laptop do tamanho de um grão de arroz? Skyrmion, uma misteriosa estrutura de quase-partículas no campo magnético, poderia tornar esta ideia aparentemente impensável uma realidade, com mais espaço de armazenamento e taxas de transferência de dados mais rápidas para este "grão de arroz". Então, como observar esta estranha estrutura de partículas? O CIQTEK Quantum Diamond Atomic O Microscópio de Força (QDAFM), baseado no centro de vacância de nitrogênio (NV) em imagens de varredura de diamante e AFM, pode lhe dar a resposta. O que é Skyrmion Com o rápido desenvolvimento de circuitos integrados em grande escala, o processo de chip em escala nanométrica, o efeito quântico é gradualmente destacado, e a "Lei de Moore" encontrou limites físicos. Ao mesmo tempo, com uma densidade tão alta de componentes eletrônicos integrados no chip, o problema da dissipação térmica tornou-se um enorme desafio. As pessoas precisam urgentemente de uma nova tecnologia para romper o gargalo e promover o desenvolvimento sustentável de circuitos integrados. Os dispositivos spintrônicos podem alcançar maior eficiência no armazenamento, transferência e processamento de informações, explorando as propriedades de spin dos elétrons, o que é uma forma importante de superar o dilema acima. Nos últimos anos, espera-se que as propriedades topológicas em estruturas magnéticas e suas aplicações relacionadas sejam os portadores de informação dos dispositivos spintrônicos da próxima geração, que é um dos atuais pontos de pesquisa neste campo. O skyrmion (doravante denominado skyrmion magnético) é uma estrutura de spin topologicamente protegida com propriedades de quase-partículas e, como um tipo especial de parede de domínio magnético, sua estrutura é uma distribuição de magnetização com vórtices. Semelhante à parede do domínio magnético, há também uma mudança de momento magnético no skyrmion, mas ao contrário da parede de domínio, o skyrmion é uma estrutura de vórtice, e sua mudança de momento magnético é do centro para fora, e os comuns são do tipo Bloch skyrmions e skyrmions do tipo Neel. Figura 1: Diagrama esquemático da estrutura do skyrmion. (a) Skyrmions do tipo Neel (b) Skyrmions do tipo Bloch O skyrmion é um portador natural de informações com propriedades superiores, como fácil manipulação, fácil estabilidade, tamanho pequeno e alta velocidade de condução. Portanto, espera-se que os dispositivos eletrônicos baseados em skyrmions atendam aos requisitos de desempenho para dispositivos futuros em termos de não volátil, alta capacidade, alta velocidade e baixo consumo de energia. Quais são as aplicações dos Skyrmions Memória da pista de corrida Skyrmion A memória Racetrack usa nanofios magnéticos como trilhas e paredes de domínio magnético como transportadores, com corrente elétrica impulsionando o movimento das paredes do domínio magnético. Em 2013, os pesquisadores propus...
Veja maisVocê sabia que a luz pode criar som? No final do século XIX, o cientista Alexander Graham Bell (considerado um dos inventores do telefone) descobriu o fenômeno dos materiais que produzem ondas sonoras após absorverem a energia luminosa, conhecido como efeito fotoacústico. Alexandre Graham Bell Fonte da imagem: Tecnologia Sina Após a década de 1960, com o desenvolvimento da tecnologia de detecção de sinais fracos, surgiram microfones altamente sensíveis e microfones cerâmicos piezoelétricos. Cientistas desenvolveram uma nova técnica de análise espectroscópica baseada no efeito fotoacústico - espectroscopia fotoacústica, que pode ser usada para detectar substâncias de amostras e suas propriedades térmicas espectroscópicas, tornando-se uma ferramenta poderosa para pesquisas físico-químicas em compostos inorgânicos e orgânicos, semicondutores, metais, materiais poliméricos , etc. Como podemos fazer a luz criar som? Conforme mostrado na figura abaixo, uma fonte de luz modulada por um monocromador, ou uma luz pulsada, como um laser pulsado, incide sobre uma célula fotoacústica. O material a ser medido na célula fotoacústica absorve energia luminosa, e a taxa de absorção varia com o comprimento de onda da luz incidente e do material. Isto se deve aos diferentes níveis de energia das moléculas atômicas constituídas nos diferentes materiais, e a taxa de absorção da luz pelo material aumenta quando a frequência ν da luz incidente está próxima do nível de energia hν. As moléculas atômicas que saltam para níveis de energia mais elevados após absorverem a luz não permanecem nos níveis de energia mais elevados; em vez disso, eles tendem a liberar energia e relaxar de volta ao estado fundamental mais baixo, onde a energia liberada geralmente aparece como energia térmica e faz com que o material se expanda termicamente e mude de volume. Quando restringimos o volume de um material, por exemplo, empacotando-o numa célula fotoacústica, a sua expansão provoca alterações na pressão. Após aplicar uma modulação periódica à intensidade da luz incidente, a temperatura, o volume e a pressão do material também mudam periodicamente, resultando em uma onda mecânica detectável. Essa oscilação pode ser detectada por um microfone sensível ou microfone cerâmico piezoelétrico, que é o que chamamos de sinal fotoacústico. Princípio Esquemático Como um amplificador lock-in mede sinais fotoacústicos? Em resumo, o sinal fotoacústico é gerado por um sinal de pressão muito menor convertido a partir de calor muito pequeno (liberado por relaxamento atômico ou molecular). A detecção de tais sinais extremamente fracos não pode necessariamente ser feita sem amplificadores lock-in. Na espectroscopia fotoacústica, o sinal coletado do microfone precisa ser amplificado por um pré-amplificador e então travado no sinal de frequência que precisamos por um amplificador lock-in. Desta forma, um sinal de espectroscopia fotoacústica de alta...
Veja maisO paleomagnetismo é uma disciplina interdisciplinar entre geologia, física e geofísica. O paleomagnetismo geralmente estuda a direção e a força do campo magnético da Terra, o lançamento planetário e seu padrão de evolução durante os períodos geológicos, medindo a intensidade de magnetização residual natural de rochas ou artefatos antigos. As rochas são uma combinação de minerais naturais, e seu magnetismo residual geralmente vem de minerais ferromagnéticos nas rochas, contendo magnetismo remanente primário e secundário. O chamado magnetismo remanente primário refere-se às informações do campo geomagnético registradas quando as rochas foram formadas. Em contrapartida, o magnetismo residual obtido após a formação das rochas é denominado remanência secundária, como aquela obtida pelas rochas sob a ação de campos magnéticos externos (por exemplo, descargas atmosféricas naturais, erosão por água corrente e areia). Como o paleomagnetismo estuda as características do campo geomagnético no momento da formação rochosa, a medição precisa do magnetismo remanente primário torna-se uma importante ferramenta de pesquisa. Atualmente, o magnetismo das rochas é analisado medindo o momento magnético líquido de grandes amostras de milímetros a centímetros. Instrumentos comuns para análise científica incluem petrógrafos supercondutores e magnetômetros de amostras vibrantes. No entanto, na escala submícron, as amostras geológicas são geralmente heterogêneas em mineralogia e textura, com apenas uma pequena fração de partículas ferromagnéticas carregando magnetização residual. Portanto, caracterizar o magnetismo das rochas neste contexto requer uma técnica que possa gerar imagens de campos magnéticos em nanoescala do espaço e com alta sensibilidade. Por exemplo, a microscopia de varredura por supercondutividade (SQUID), a microscopia magnetorresistiva e a microscopia Hall, que estão sendo amplamente utilizadas, são exemplos. (a) Microscopia quântica de diamante na Universidade de Harvard (b) Medição da magnetização residual em amostras geológicas Em 2011, pesquisadores demonstraram que núcleos cromáticos com vacância de nitrogênio (núcleos cromáticos NV, para abreviar) em diamante podem ser usados para imagens magnéticas na escala submícron. Em 2017, RL Walsworth et al. na Universidade de Harvard usou um microscópio quântico de diamante autoconstruído baseado em núcleos cromáticos NV para obter imagens de campos magnéticos de rochas com uma resolução espacial métrica de 5 um e um alcance de campo de visão de 4 mm. o diamante e a amostra (≤10 um), foi alcançada uma sensibilidade ao momento magnético de 10 -16 Am 2 , que é comparável e até supera os equipamentos convencionais, como SQUID, microscópio magnetorresistivo e microscópio Hall. Além disso, o microscópio quântico de diamante também tem a vantagem da função de imagem óptica e da rápida velocidade de imagem. Pode-se observar que na detecção e aná...
Veja maisA detecção e modulação de estados quânticos únicos e a tecnologia de imagem em escala molecular são direções importantes no desenvolvimento de instrumentos de espectroscopia de precisão. Com a exploração aprofundada da tecnologia de detecção magnética, a CIQTEK produziu e desenvolveu independentemente uma espectroscopia de spin único de diamante quântico, baseada na tecnologia espectroscópica do sistema de vacância de nitrogênio em diamante dopado, que possui um instinto de detecção magnética super alto e tem ampla e importante aplicação perspectivas em diferentes disciplinas, como física, química, biologia, materiais e medicina [1-11]. Desenvolvimento de Tecnologia de Magnetometria Figura 1: Comparação dos Indicadores de Várias Técnicas de Magnetometria A tecnologia de ressonância magnética spin é de longe uma das técnicas convencionais mais desenvolvidas e amplamente utilizadas. Os espectrômetros relacionados à detecção magnética têm uma longa história de desenvolvimento e existem diferentes métodos para obter a detecção por ressonância magnética, que apresentam suas próprias vantagens e desvantagens. A Figura 1 visualiza a distribuição de diversos meios técnicos gerais, como sensores Hall, detectores SQUID e ressonância magnética de spin em termos de sensibilidade e resolução [12]. Comparado com as técnicas convencionais de magnetometria, o método de ressonância magnética baseado em diamante apresenta uma grande melhoria em ambas as métricas principais, o que fornece uma forte referência para o desenvolvimento de uma espectroscopia de diamante quântico de spin único. Sensores Hall têm sido comumente usados em medições de campo magnético em laboratório desde 1950. Esses detectores são baseados no efeito Hall para medições diretas de campos magnéticos externos [13]. Quando a direção do campo magnético é diferente da direção da corrente no circuito, os elétrons no condutor são desviados devido à força de Lorentz, e uma diferença de potencial é gerada, através da qual a magnitude do campo magnético é medida diretamente . As sondas de campo magnético consistem principalmente em cristais semicondutores que podem ser transformados em circuitos integrados monolíticos, que são resistentes a choques e fáceis de usar, mas não são suficientemente precisos. O interferômetro quântico supercondutor (SQUID) é um sensor de fluxo magnético baseado em junções Josephson [14], que pode medir sinais magnéticos fracos usando a variação da tensão através da junção Josephson com o fluxo magnético externo no circuito fechado. e outros. SQUID desenvolvido com sucesso.Essas técnicas de magnetometria têm alta sensibilidade de detecção magnética, mas o instrumento precisa operar em um ambiente de baixa temperatura e caro. A detecção magnética microscópica baseada no sistema de diamante é o método emergente para detecção de ressonância magnética. A técnica combina a técnica de detecção óptica de ressonância magnética (...
Veja maisEm geral, quanto melhor for a memória de uma pessoa, mais informações ela poderá integrar e processar. Na computação quântica, quanto mais tempo um bit quântico consegue “lembrar” um estado quântico, mais cálculos ele pode realizar. A “memória” da computação quântica pode ser comparada ao tempo de coerência. O que é Tempo de Coerência? Tempos de Coerência é um importante indicador da qualidade de um bit quântico, representa o período de tempo que um bit quântico pode permanecer em estado de superposição, quanto maior o tempo de coerência, mais cálculos um computador quântico pode realizar. Simplificando, o tempo de coerência também é o “tempo de trabalho” que um computador quântico pode usar para computação. Atualmente, a computação quântica com armadilha de íons tem uma clara vantagem na obtenção de longa coerência. Qual é a dificuldade da longa coerência? Os bits quânticos na maioria das rotas de computação quântica são altamente suscetíveis à interferência do ambiente circundante (temperatura, ruído e até raios cósmicos), e tentar manter sua superposição e emaranhamento por longos períodos de tempo é tão desafiador quanto tentar manter um grupo de gatinhos ativos na fila. Criar o bit quântico ideal também é um desafio porque existem limitações físicas, como a natureza dos materiais e o processo de fabricação, que podem levar a bits quânticos imperfeitos. É como a presença de um gato ativo, ou mesmo de um cachorro, no meio de um grupo de gatos bem comportados, o que pode afetar muito o tempo de coerência. T1 e T2, Principais Métricas Tecnológicas em Computação Quântica Ao explorar o tempo de coerência na computação quântica, muitas vezes nos concentramos em dois parâmetros: o Tempo T1 e o Tempo T2 (Tempo T1 e Tempo T2). São maneiras diferentes de ver quanto tempo um bit quântico funciona. O tempo T1 determina por quanto tempo você pode distinguir entre o estado 1 e o estado 0 de um bit quântico. Quando um bit quântico é excitado a um alto nível de energia (estado excitado), semelhante a um bit clássico indo de 0 a 1. Em um bit clássico, o estado 1 pode ser mantido com relativa facilidade, mas em um bit quântico ele retornará a um estado de energia mais baixo em um determinado período de tempo. Este momento é o momento de relaxamento energético. Durante o tempo T1, um bit quântico retorna de um estado de alta energia para um estado de menor energia, ou seja, muda de 1 para 0. Isso significa que o bit quântico perde a informação que carrega. O tempo T2, por outro lado, representa o tempo para conseguir manter a informação da fase no estado de superposição ; se o tempo T2 for curto, o estado de superposição de bits pode evoluir para outro estado de superposição ou mesmo deixar de ser um estado de superposição, perdendo assim a informação transportada. Resumindo, tanto o tempo T1 quanto o tempo T2 são parâmetros temporais sobre o desempenho de um bit quântico e descrevem por quanto tempo um bit quântico permanece estável em term...
Veja maisO que é material antiferromagnético? Figura 1: Disposição do Momento Magnético em Antiferromagnetos As propriedades comuns do ferro são ferromagnetismo, ferroeletricidade e ferroelasticidade. Materiais com duas ou mais propriedades de ferro ao mesmo tempo são chamados de materiais multiferróicos. Multiferróicos geralmente possuem fortes propriedades de acoplamento de ferro, ou seja, uma propriedade de ferro do material pode modular outra propriedade de ferro, como usar um campo elétrico aplicado para modular as propriedades ferroelétricas do material e, assim, afetar as propriedades ferromagnéticas do material. Espera-se que tais materiais multiferróicos sejam a próxima geração de dispositivos eletrônicos de spin. Dentre eles, os materiais antiferromagnéticos têm sido amplamente estudados por apresentarem boa robustez ao campo magnético aplicado. O antiferromagnetismo é uma propriedade magnética de um material no qual os momentos magnéticos estão dispostos em uma ordem escalonada antiparalela e não exibem um momento magnético líquido macroscópico. Este estado magneticamente ordenado é chamado antiferromagnetismo. Dentro de um material antiferromagnético, os spins dos elétrons de valência adjacentes tendem a estar em direções opostas e nenhum campo magnético é gerado. Os materiais antiferromagnéticos são relativamente incomuns e a maioria deles existe apenas em baixas temperaturas, como óxido ferroso, ligas de ferromanganês, ligas de níquel, ligas de terras raras, boretos de terras raras, etc. BiFeO3, que está atualmente sob intensa pesquisa. Perspectivas de aplicação de materiais antiferromagnéticos O conhecimento do antiferromagnetismo se deve principalmente ao desenvolvimento da tecnologia de espalhamento de nêutrons para que possamos “ver” o arranjo dos spins nos materiais e assim confirmar a existência do antiferromagnetismo. Talvez o Prémio Nobel da Física tenha inspirado os investigadores a concentrarem-se nos materiais antiferromagnéticos, e o valor do antiferromagnetismo foi gradualmente explorado. Os materiais antiferromagnéticos são menos suscetíveis à ionização e à interferência do campo magnético e têm frequências próprias e frequências de transição de estado várias ordens de grandeza superiores às dos materiais ferromagnéticos típicos. A ordenação antiferromagnética em semicondutores é mais facilmente observada do que a ordenação ferromagnética. Essas vantagens tornam os materiais antiferromagnéticos um material atraente para a spintrônica. A nova geração de memória magnética de acesso aleatório usa métodos elétricos para escrever e ler informações em ferromagnetos, o que pode reduzir a imunidade dos ferromagnetos e não conduz ao armazenamento estável de dados, e os campos dispersos de materiais ferromagnéticos podem ser um obstáculo significativo para sistemas altamente integrados. recordações. Em contraste, os antiferromagnetos têm magnetização líquida zero, não geram campos dispersos e são...
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