В будущем эти датчики будут использоваться для анализа и проверки магнитных носителей информации с целью выявления дефектных сегментов жесткого диска и, таким образом, значительного снижения количества брака и производственных затрат. Следующей областью применения может быть характеристика биологических веществ, например. грамм. белки.Программа исследований «ЯМР (ядерный магнитный резонанс) в наномасштабе» была запущена в 2016 году и будет продолжаться в течение следующих трех лет.Реализация датчиков магнитного поля из алмазных наконечников является непосредственной целью сотрудничества между профессором Йоргом Врахтрупом (Университет Штутгарта), профессором Клаусом Керном (Институт Макса Планка) и Кристофом Небелем (Фраунгофер IAF).
Обнаружение магнитных полей осуществляется с помощью так называемого центра вакансий азота (NV), расположенного примерно на 10 нанометров ниже поверхности алмазного наконечника. Наконечники (см. Изображение ниже) сравнимы с зондами атомно-силового микроскопа и могут перемещаться по магнитным элементам из неорганических или биологических материалов с высокой точностью.
Экономически важными приложениями являются измерительные и калибровочные датчики для контроля качества магнитных запоминающих дисков и считывающих головок с размерами, которые скоро достигнут 20 нанометров и ниже.Кроме того, исследователи планируют разместить эти чувствительные к магнитным полям центры азотных вакансий в алмазных пластинках, чтобы визуализировать распределение магнитных моментов. Эта процедура аналогична обычной оптической микроскопии с изображением распределения локальных магнитных полей.
Проверка жестких дисков с помощью датчиков магнитного поля из алмазаРынок носителей информации процветает уже много лет. Причина этой тенденции — растущая цифровизация во всех сферах жизни, вызывающая быстрое увеличение объема данных, генерируемых во всем мире. Если в 2015 году он составлял 8 зеттабайт, исследование IDC «Цифровая Вселенная» прогнозирует увеличение до 40 зеттабайт к 2020 году.
Это соответствует удвоению объема данных каждые два года. Насколько невероятно велико это количество на самом деле, эксперты исследования иллюстрируют следующим сравнением: если бы мы использовали одну песчинку на бит для хранения наших данных, 40 зеттабайт объема данных соответствовали бы 57 разам. количество песчинок на всех пляжах мира.
Растущий объем данных также увеличивает спрос на компактные магнитные носители информации. Промышленные поставщики производят жесткие диски с плотной записью. Но рост плотности данных приводит к экспоненциальному увеличению количества дефектных сегментов.
При удвоении плотности данных количество брака увеличивается в десять раз, что приводит к увеличению количества бракованных товаров. Довольно часто неисправны только отдельные сегменты жестких дисков. С помощью новых квантовых датчиков исследователи из Fraunhofer IAF, Университета Штутгарта и Института Макса Планка нашли потенциальный способ проверки отдельных сегментов данных на жестком диске.
С помощью алмазных датчиков они определяют, существует ли магнитное поле. Таким образом, дефектные сегменты могут быть обнаружены и исключены из процесса записи или чтения.
Такой подход дает возможность проверить миллионы жестких дисков или записывающих головок, снизить количество отказов и, таким образом, сократить расходы.Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с алмазными сенсорами
Вот как работает идентификация мельчайших магнитных полей с помощью алмазных датчиков: в крошечном алмазном наконечнике удаляются два соседних атома углерода, а одна из образовавшихся вакансий заменяется атомом азота. С помощью электронов образовавшегося центра вакансии азота даже самые маленькие магнитные поля могут быть обнаружены с разрешением в несколько нанометров благодаря спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Это облегчает идентификацию немагнитных и, следовательно, дефектных сегментов данных на носителе, которые затем могут быть исключены из процесса записи или чтения.
Результат: жесткий диск можно продать без дефектов. И заказчики, и производители выигрывают от более низкого процента брака, а также от более низких производственных затрат.
В будущем алмазные датчики можно будет использовать в большом количестве различных приложений, например. грамм. в биомедицине для обнаружения болезней и токсинов или в материаловедении для контроля надежности и безопасности.