Riesci a immaginare un disco rigido di un laptop delle dimensioni di un chicco di riso? Skyrmion, una misteriosa struttura quasiparticellare nel campo magnetico, potrebbe trasformare questa idea apparentemente impensabile in realtà, con più spazio di archiviazione e velocità di trasferimento dati più elevate per questo "chicco di riso. Allora come osservare questa strana struttura particellare? Il CIQTEK Quantum Diamond Atomic Il Force Microscope (QDAFM), basato sul centro di azoto vacante (NV) nell'imaging a scansione di diamanti e AFM, può dirti la risposta. Cos'è Skyrmion Con il rapido sviluppo di circuiti integrati su larga scala, il processo dei chip su scala nanometrica, l'effetto quantistico viene gradualmente evidenziato e la "Legge di Moore" incontra limiti fisici. Allo stesso tempo, con una densità così elevata di componenti elettronici integrati nel chip, il problema della dissipazione termica è diventato una sfida enorme. Le persone hanno urgentemente bisogno di una nuova tecnologia per superare il collo di bottiglia e promuovere lo sviluppo sostenibile dei circuiti integrati. I dispositivi spintronici possono raggiungere una maggiore efficienza nell’archiviazione, nel trasferimento e nell’elaborazione delle informazioni sfruttando le proprietà di spin degli elettroni, che è un modo importante per superare il dilemma di cui sopra. Negli ultimi anni si prevede che le proprietà topologiche nelle strutture magnetiche e le relative applicazioni diventeranno i portatori di informazioni dei dispositivi spintronici di prossima generazione, che è uno degli attuali punti caldi della ricerca in questo campo. Lo skyrmion (di seguito denominato skyrmion magnetico) è una struttura di spin topologicamente protetta con proprietà quasiparticellari e, essendo un tipo speciale di parete del dominio magnetico, la sua struttura è una distribuzione di magnetizzazione con vortici. Similmente alla parete del dominio magnetico, c'è anche un'inversione del momento magnetico nello skyrmion, ma a differenza della parete del dominio, lo skyrmion è una struttura a vortice e l'inversione del momento magnetico è dal centro verso l'esterno, e quelli comuni sono di tipo Bloch skyrmion e skyrmion di tipo Neel. Figura 1: diagramma schematico della struttura di Skyrmion. (a) Skyrmion di tipo Neel (b) Skyrmion di tipo Bloch Lo skyrmion è un portatore di informazioni naturale con proprietà superiori come facile manipolazione, facile stabilità, dimensioni ridotte e velocità di guida elevata. Pertanto, si prevede che i dispositivi elettronici basati sugli skyrmion soddisfino i requisiti prestazionali dei dispositivi futuri in termini di non volatile, alta capacità, alta velocità e basso consumo energetico. Quali sono le applicazioni di Skyrmions Memoria dell'ippodromo di Skyrmion La memoria delle piste utilizza nanofili magnetici come tracce e pareti dei domini magnetici come trasportatori, con la corrente...
Visualizza altroSapevi che la luce può creare il suono? Alla fine del XIX secolo, lo scienziato Alexander Graham Bell (considerato uno degli inventori del telefono) scoprì il fenomeno dei materiali che producono onde sonore dopo aver assorbito l'energia luminosa, noto come effetto fotoacustico. Alexander Graham Bell Fonte immagine: tecnologia Sina Dopo gli anni '60, con lo sviluppo della tecnologia di rilevamento dei segnali deboli, apparvero microfoni altamente sensibili e microfoni piezoelettrici in ceramica. Gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica di analisi spettroscopica basata sull'effetto fotoacustico: la spettroscopia fotoacustica, che può essere utilizzata per rilevare le sostanze dei campioni e le loro proprietà termiche spettroscopiche, diventando un potente strumento per la ricerca fisico-chimica in composti inorganici e organici, semiconduttori, metalli, materiali polimerici , eccetera. Come possiamo fare in modo che la luce crei il suono? Come mostrato nella figura seguente, una sorgente luminosa modulata da un monocromatore, oppure una luce pulsata come un laser pulsato, incide su una cella fotoacustica. Il materiale da misurare nella cella fotoacustica assorbe l'energia luminosa e il tasso di assorbimento varia con la lunghezza d'onda della luce incidente e del materiale. Ciò è dovuto ai diversi livelli energetici delle molecole atomiche costituite nei diversi materiali, e il tasso di assorbimento della luce da parte del materiale aumenta quando la frequenza ν della luce incidente è vicina al livello energetico hν. Le molecole atomiche che saltano a livelli energetici più alti dopo aver assorbito la luce non rimangono ai livelli energetici più alti; tendono invece a rilasciare energia e a rilassarsi tornando allo stato fondamentale più basso, dove l'energia rilasciata spesso appare come energia termica e fa sì che il materiale si espanda termicamente e cambi di volume. Quando limitiamo il volume di un materiale, ad esempio, inserendolo in una cella fotoacustica, la sua espansione porta a cambiamenti di pressione. Dopo aver applicato una modulazione periodica all'intensità della luce incidente, anche la temperatura, il volume e la pressione del materiale cambiano periodicamente, risultando in un'onda meccanica rilevabile. Questa oscillazione può essere rilevata da un microfono sensibile o da un microfono ceramico piezoelettrico, che è ciò che chiamiamo segnale fotoacustico. Schema di principio In che modo un amplificatore lock-in misura i segnali fotoacustici? In sintesi, il segnale fotoacustico è generato da un segnale di pressione molto più piccolo convertito da un calore molto piccolo (rilasciato dal rilassamento atomico o molecolare). Il rilevamento di segnali così estremamente deboli non può necessariamente essere effettuato senza amplificatori lock-in. Nella spettroscopia fotoacustica, il segnale raccolto dal microfono deve essere amplificato da un preamplificatore e qu...
Visualizza altroIl paleomagnetismo è una disciplina interdisciplinare tra geologia, fisica e geofisica. Il paleomagnetismo generalmente studia la direzione e la forza del campo magnetico terrestre, il lancio planetario e il suo modello di evoluzione durante i periodi geologici misurando l'intensità naturale della magnetizzazione residua di rocce o antichi manufatti. Le rocce sono una combinazione di minerali naturali e il loro magnetismo residuo generalmente deriva da minerali ferromagnetici nelle rocce, contenenti magnetismo rimanente primario e secondario. Il cosiddetto magnetismo rimanente primario si riferisce alle informazioni sul campo geomagnetico registrate quando si sono formate le rocce. Al contrario, il magnetismo residuo ottenuto dopo la formazione delle rocce è chiamato rimanenza secondaria, come quello ottenuto dalle rocce sotto l'azione di campi magnetici esterni (ad esempio fulmini naturali, erosione da acqua corrente e sabbia). Poiché il paleomagnetismo studia le caratteristiche del campo geomagnetico al momento della formazione delle rocce, la misurazione accurata del magnetismo residuo primario diventa un importante strumento di ricerca. Attualmente, il magnetismo delle rocce viene analizzato misurando il momento magnetico netto di grandi campioni di dimensioni da millimetri a centimetri. Gli strumenti comuni per l'analisi scientifica includono petrografi superconduttori e magnetometri a campione vibrante. Tuttavia, su scala submicronica, i campioni geologici sono generalmente disomogenei nella mineralogia e nella struttura, con solo una piccola frazione di particelle ferromagnetiche che trasportano magnetizzazione residua. Pertanto, la caratterizzazione del magnetismo delle rocce in questo contesto richiede una tecnica in grado di visualizzare i campi magnetici su scala nanometrica dello spazio e con elevata sensibilità. Ad esempio, la microscopia a scansione superconduttiva (SQUID), la microscopia magnetoresistiva e la microscopia di Hall, che sono ampiamente utilizzate, ne sono esempi. (a) Microscopia quantistica del diamante presso l'Università di Harvard (b) Misurazione della magnetizzazione residua in campioni geologici Nel 2011, i ricercatori hanno dimostrato che i nuclei cromatici di posti vacanti di azoto (nuclei cromatici NV in breve) nel diamante possono essere utilizzati per l'imaging magnetico su scala submicronica. Nel 2017, RL Walsworth et al. presso l'Università di Harvard ha utilizzato un microscopio a diamante quantistico autocostruito basato su nuclei cromatici NV per ottenere l'imaging dei campi magnetici delle rocce con una risoluzione spaziale metrica di 5 um e un campo visivo di 4 mm. Riducendo la distanza tra tra il diamante e il campione (≤10 um), è stata ottenuta una sensibilità al momento magnetico di 10 -16 Am 2 , che è paragonabile e addirittura supera le apparecchiature tradizionali come SQUID, microscopio magnetoresistivo e microscopio Hall. Inoltre, il microscopio q...
Visualizza altroIl rilevamento e la modulazione di singoli stati quantistici e la tecnologia di imaging su scala molecolare sono direzioni importanti nello sviluppo di strumenti di spettroscopia di precisione. Con l'esplorazione approfondita della tecnologia di rilevamento magnetico, CIQTEK ha prodotto e sviluppato in modo indipendente una spettroscopia a singolo spin del diamante quantistico, basata sulla tecnologia spettroscopica del sistema di posti vacanti di azoto nel diamante drogato, che ha un istinto di rilevamento magnetico estremamente elevato e ha un'ampia e importante applicazione prospettive in diverse discipline come fisica, chimica, biologia, materiali e medicina [1-11]. Sviluppo della tecnologia magnetometrica Figura 1: Confronto degli indicatori di varie tecniche di magnetometria La tecnologia della risonanza magnetica spin è di gran lunga una delle tecniche convenzionali più sviluppate e ampiamente utilizzate. Gli spettrometri legati al rilevamento magnetico hanno una lunga storia di sviluppo ed esistono diversi metodi per ottenere il rilevamento della risonanza magnetica che presentano vantaggi e svantaggi. La Figura 1 visualizza la distribuzione di diversi mezzi tecnici generali come i sensori Hall, i rilevatori SQUID e la risonanza magnetica di spin in termini di sensibilità e risoluzione [12]. Rispetto alle tecniche magnetometriche convenzionali, il metodo di risonanza magnetica basato sul diamante presenta un grande miglioramento in entrambe le metriche fondamentali, che forniscono un forte riferimento per lo sviluppo di una spettroscopia a singolo spin del diamante quantistico. I sensori Hall sono stati comunemente utilizzati nelle misurazioni del campo magnetico in laboratorio sin dagli anni '50. Questi rivelatori si basano sull'effetto Hall per misurazioni dirette di campi magnetici esterni [13]. Quando la direzione del campo magnetico è diversa dalla direzione della corrente nella spira, gli elettroni nel conduttore vengono deviati a causa della forza di Lorentz e viene generata una differenza di potenziale, attraverso la quale viene misurata direttamente l'entità del campo magnetico . Le sonde di campo magnetico sono costituite principalmente da cristalli semiconduttori che possono essere trasformati in circuiti integrati monolitici, resistenti agli urti e facili da usare ma non sufficientemente precisi. L'interferometro quantistico superconduttore (SQUID) è un sensore di flusso magnetico basato su giunzioni Josephson [14], che può misurare segnali magnetici deboli utilizzando la variazione della tensione attraverso la giunzione Josephson con il flusso magnetico esterno nell'anello chiuso. Negli anni '60, Robert et al. sviluppato con successo SQUID.Tali tecniche di magnetometria hanno un'elevata sensibilità di rilevamento magnetico, ma lo strumento deve funzionare in un ambiente a bassa temperatura ed è costoso. Il rilevamento magnetico microscopico basato sul sistema del diamante ...
Visualizza altroIn generale, migliore è la memoria di una persona, più informazioni può integrare ed elaborare. Nell'informatica quantistica, più a lungo un bit quantistico può "ricordare" uno stato quantistico, più calcoli può eseguire. La "memoria" dell'informatica quantistica può essere paragonata al tempo di coerenza. Cos'è il tempo di coerenza? Il Tempo di Coerenza è un indicatore importante della qualità di un bit quantistico, rappresenta il periodo di tempo in cui un bit quantistico può rimanere in uno stato di sovrapposizione, più lungo è il tempo di coerenza, più calcoli può eseguire un computer quantistico. In poche parole, il tempo di coerenza è anche il “tempo di lavoro” che un computer quantistico può utilizzare per il calcolo. Attualmente, il calcolo quantistico con trappola ionica presenta un chiaro vantaggio nel realizzare coerenza a lungo termine. Qual è la difficoltà della coerenza lunga? I bit quantistici nella maggior parte dei percorsi di calcolo quantistico sono altamente suscettibili alle interferenze dell'ambiente circostante (temperatura, rumore e persino raggi cosmici) e cercare di mantenere la loro sovrapposizione e entanglement per lunghi periodi di tempo è altrettanto impegnativo quanto cercare di mantenere un gruppo di bit gattini attivi in fila. Anche la creazione del bit quantistico ideale è impegnativa perché esistono limitazioni fisiche, come la natura dei materiali e il processo di produzione che possono portare a bit quantistici imperfetti. È come la presenza di un gatto attivo, o anche di un cane, in mezzo a un gruppo di gatti ben educati, che può influenzare notevolmente il tempo di coerenza. T1 e T2, metriche tecnologiche chiave nell'informatica quantistica Quando esploriamo il tempo di coerenza nell'informatica quantistica, spesso ci concentriamo su due parametri: il tempo T1 e il tempo T2 (tempo T1 e tempo T2). Sono modi diversi di considerare la durata di funzionamento di un bit quantistico. T1 Time determina per quanto tempo è possibile distinguere tra lo stato 1 e lo stato 0 di un bit quantistico. Quando un bit quantistico viene eccitato a un livello di energia elevato (stato eccitato), simile a un bit classico che va da 0 a 1. In un bit classico, lo stato 1 può essere mantenuto in modo relativamente semplice, ma in un bit quantistico tornerà a uno stato energetico inferiore in un certo periodo di tempo. Questa volta è il momento del rilassamento energetico. Durante il tempo T1, un bit quantistico ritorna da uno stato ad alta energia a uno stato energetico più basso, cioè cambia da 1 a 0. Ciò significa che il bit quantico perde l'informazione che trasporta. Il tempo T2 rappresenta invece il tempo necessario per poter mantenere l'informazione di fase nello stato di sovrapposizione ; se il tempo T2 è breve, lo stato di sovrapposizione di bit può evolvere in un altro stato di sovrapposizione o addirittura cessare di essere uno stato di sovrapposizione, perdendo così l'informazione trasportata. In bre...
Visualizza altroCos'è il materiale antiferromagnetico? Figura 1: Disposizione del momento magnetico negli antiferromagneti Le proprietà comuni del ferro sono ferromagnetismo, ferroelettricità e ferroelasticità. I materiali con due o più proprietà del ferro contemporaneamente sono chiamati materiali multiferroici. I multiferroici di solito hanno forti proprietà di accoppiamento del ferro, cioè una proprietà del ferro del materiale può modulare un'altra proprietà del ferro, come l'utilizzo di un campo elettrico applicato per modulare le proprietà ferroelettriche del materiale e quindi influenzare le proprietà ferromagnetiche del materiale. Si prevede che tali materiali multiferroici costituiranno la prossima generazione di dispositivi di spin elettronici. Tra questi, i materiali antiferromagnetici sono stati ampiamente studiati perché mostrano una buona robustezza al campo magnetico applicato. L'antiferromagnetismo è una proprietà magnetica di un materiale in cui i momenti magnetici sono disposti in ordine sfalsato antiparallelo e non mostrano un momento magnetico netto macroscopico. Questo stato magneticamente ordinato è chiamato antiferromagnetismo. All'interno di un materiale antiferromagnetico, gli spin degli elettroni di valenza adiacenti tendono ad essere in direzioni opposte e non viene generato alcun campo magnetico. I materiali antiferromagnetici sono relativamente rari e la maggior parte di essi esiste solo a basse temperature, come ossido ferroso, leghe di ferromanganese, leghe di nichel, leghe di terre rare, boruri di terre rare, ecc. Tuttavia, esistono anche materiali antiferromagnetici a temperatura ambiente, come BiFeO3, che è attualmente oggetto di ricerche approfondite. Prospettive applicative dei materiali antiferromagnetici La conoscenza dell'antiferromagnetismo è dovuta principalmente allo sviluppo della tecnologia di diffusione dei neutroni che ci permette di "vedere" la disposizione degli spin nei materiali e quindi confermare l'esistenza dell'antiferromagnetismo. Forse il Premio Nobel per la fisica ha ispirato i ricercatori a concentrarsi sui materiali antiferromagnetici e il valore dell’antiferromagnetismo è stato gradualmente esplorato. I materiali antiferromagnetici sono meno suscettibili alla ionizzazione e alle interferenze del campo magnetico e hanno frequenze proprie e frequenze di transizione di stato di diversi ordini di grandezza superiori rispetto ai tipici materiali ferromagnetici. L'ordinamento antiferromagnetico nei semiconduttori è più facilmente osservabile dell'ordinamento ferromagnetico. Questi vantaggi rendono i materiali antiferromagnetici un materiale attraente per la spintronica. La nuova generazione di memoria magnetica ad accesso casuale utilizza metodi elettrici per scrivere e leggere informazioni sui ferromagneti, il che può ridurre l'immunità dei ferromagneti e non favorisce l'archiviazione stabile dei dati, e i campi vaganti dei materiali ferromagnetici possono rappresenta...
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