La mecánica cuántica no solo tiene un gran interés en la investigación fundamental. El progreso actual en tecnologías cuánticas promete numerosas innovaciones de relevancia industrial, que se transferirán a la economía en los próximos cinco a diez años. Investigadores del Instituto Fraunhofer para Sólidos AplicadosState Physics IAF, la Universidad de Stuttgart y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido están desarrollando sondas de diamante altamente sensibles como base para nuevos sensores cuánticos, capaces de caracterizar los campos magnéticos más pequeños con una resolución espacial en el rango de nanómetros.
En el futuro, estas sondas se utilizarán para el análisis e inspección de medios de almacenamiento magnéticos con el fin de identificar segmentos defectuosos del disco duro y así reducir considerablemente las tasas de rechazo y los costos de producción. Otro campo de aplicación podría ser la caracterización de sustancias biológicas, por ejemplo, proteínas.
El programa de investigación "RMN resonancia magnética nuclear en la nanoescala" se lanzó en 2016 y se ejecutará durante los próximos tres años.
La realización de sensores de campo magnético hechos de puntas de diamante es el objetivo inmediato de la cooperación entre el profesor Jörg Wrachtrup Universidad de Stuttgart, el profesor Klaus Kern Instituto Max Planck y Christoph Nebel Fraunhofer IAF. La detecciónde campos magnéticos se lleva a cabo con la ayuda de un denominado centro de vacantes de nitrógeno NV, ubicado aproximadamente a 10 nanómetros debajo de la superficie de la punta del diamante. Las puntas ver imagen a continuación son comparables a las sondas de un microscopio de fuerza atómica ypuede moverse a través de elementos magnéticos de materiales inorgánicos o biológicos con alta precisión. Las aplicaciones de importancia económica son sondas de medición y calibración para el control de calidad de discos de almacenamiento magnético y cabezales de lectura, con dimensiones que pronto alcanzarán los 20 nanómetros y menos.
Además, los investigadores planean colocar estos centros de vacantes de nitrógeno, que son sensibles a los campos magnéticos, en plaquetas de diamante para visualizar la distribución de los momentos magnéticos. Este procedimiento es similar a la microscopía óptica convencional con la imagen que muestra la distribución decampos magnéticos locales.
Comprobación de discos duros con sensores de campo magnético hechos de diamante
El mercado de los medios de almacenamiento ha estado en auge durante muchos años. La razón de esta tendencia es la creciente digitalización en todas las áreas de la vida, causando un rápido aumento en la cantidad de datos generados en todo el mundo. Mientras que en 2015, representó 8 zettabytes, el estudio de IDC "Universo digital" pronostica un aumento de hasta 40 zettabytes para el año 2020. Esto corresponde a una duplicación del volumen de datos cada dos años. Los expertos de la India están ilustrando lo increíblemente grande que es esta cantidad.estudie a través de la siguiente comparación: si tuviéramos que usar un grano de arena por bit para el almacenamiento de nuestros datos, los 40 zettabytes de volumen de datos corresponderían a 57 veces la cantidad de granos de arena de todas las playas del mundo.
El aumento en el volumen de datos también aumenta la demanda de medios de almacenamiento magnéticos compactos. Los proveedores industriales producen discos duros cada vez más densamente escritos. Pero la creciente densidad de datos resulta en un aumento exponencial en segmentos defectuosos. Al duplicar la densidad de datos, la tasa de defectos aumentadiez veces, lo que lleva a más productos rechazados. Muy a menudo, solo segmentos individuales de los discos duros son defectuosos. Con los nuevos sensores cuánticos, los investigadores de Fraunhofer IAF, la Universidad de Stuttgart y el Instituto Max Planck han encontrado una manera potencial decompruebe segmentos de datos individuales en el disco duro. Con los sensores de diamante, identifican si existe o no un campo magnético. Por lo tanto, los segmentos defectuosos pueden ubicarse y excluirse del proceso de escritura o lectura. Este enfoque ofrece la posibilidad de verificar millones de discos duroso escriba cabezas, reduzca las tasas de rechazo y, por lo tanto, ahorre costos.
espectroscopía de resonancia magnética nuclear RMN con sensores de diamante
Así es como funciona la identificación de los campos magnéticos más pequeños con sensores de diamante: en la pequeña punta de diamante, se eliminan dos átomos de carbono adyacentes y una de las vacantes resultantes se reemplaza por un átomo de nitrógeno. Con la ayuda de los electrones delComo resultado del centro de vacantes de nitrógeno, incluso los campos magnéticos más pequeños se pueden detectar con una resolución de unos pocos nanómetros gracias a la espectroscopía de resonancia magnética nuclear NMR. Esto facilita la identificación de segmentos de datos no magnéticos y, por lo tanto, defectuosos en los medios de almacenamiento, que luego puedenquedar excluido del proceso de escritura o lectura. El resultado: el disco duro puede venderse sin defectos. Tanto los clientes como los productores se benefician de la menor tasa de rechazo, así como de los menores costos de producción.
En el futuro, los sensores de diamante podrían usarse en una gran cantidad de aplicaciones diferentes, por ejemplo, en biomedicina para la detección de enfermedades y toxinas o en ciencia de materiales para controles de confiabilidad y seguridad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Fraunhofer de Física Aplicada del Estado Sólido IAF . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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