Les ingénieurs de l'UC Berkeley ont créé un appareil qui réduit considérablement l'énergie nécessaire pour alimenter les détecteurs de champ magnétique, qui pourrait révolutionner la façon dont nous mesurons les champs magnétiques qui traversent notre électronique, notre planète, et même nos corps.

"Les meilleurs capteurs magnétiques disponibles aujourd'hui sont encombrants, ne fonctionne qu'à des températures extrêmes, et peut coûter des dizaines de milliers de dollars, " a déclaré Dominic Labanowski, qui a aidé à créer l'appareil, qui est fabriqué à partir de diamants infusés d'azote, en tant que chercheur postdoctoral au département de génie électrique et informatique. "Nos capteurs pourraient remplacer ces capteurs plus difficiles à utiliser dans de nombreuses applications, de la navigation à l'imagerie médicale en passant par l'exploration des ressources naturelles."

Chaque fois qu'un capteur à base de diamant mesure un champ magnétique, il doit d'abord être soufflé avec 1 à 10 Watts de rayonnement micro-ondes pour les amorcer pour être sensibles aux champs magnétiques, ce qui est assez de puissance pour faire fondre les composants électroniques. Les chercheurs ont trouvé une nouvelle façon d'exciter de minuscules diamants avec des micro-ondes en utilisant 1000 fois moins d'énergie, ce qui rend possible la création de dispositifs de détection magnétique pouvant s'intégrer dans des appareils électroniques tels que les téléphones portables.

Ce travail a été dirigé par le laboratoire de Sayeef Salahuddin à l'UC Berkeley en collaboration avec des chercheurs de l'Ohio State University. L'équipe signale son appareil en ligne le 7 septembre dans le journal Avancées scientifiques .

Diamants défectueux

Bombarder un diamant avec un jet d'azote peut détruire certains de ses atomes de carbone hautement ordonnés, en les remplaçant par des atomes d'azote. Ces intrus d'azote, appelés centres de vacance d'azote (NV), ont des propriétés uniques qui sont bien comprises par les scientifiques.

"Vous pouvez utiliser ces centres NV comme des capteurs très puissants, mais traditionnellement leurs applications ont été limitées car il faut beaucoup de puissance pour les lire, " a déclaré Labanowski.

Pour détecter les champs magnétiques, les scientifiques doivent d'abord frapper les centres NV avec un rayonnement micro-ondes de haute puissance, égal à environ un centième de la puissance de votre micro-ondes standard ou dix fois la puissance consommée par un téléphone portable moyen. Ils éclairent ensuite les centres NV avec un laser, qui est absorbé et émis par les atomes d'azote.

La force du champ magnétique est liée à la force de la lumière laser émise :l'intensité de la lumière émise peut être utilisée pour mesurer la force du champ

Pour créer l'appareil, les chercheurs ont placé des nanocristaux de diamant contenant chacun des milliers de centres NV sur un film appelé multiferroïque. Ce nouveau type de matériau est capable de transférer de manière beaucoup plus efficace l'énergie micro-ondes aux cristaux.

« Cette technique réduit considérablement la consommation électrique des capteurs et les rend utilisables pour des applications réalistes, " a déclaré Labanowski.

Imagerie à l'intérieur du corps et sous la terre

Les applications médicales des capteurs magnétiques comprennent la magnétoencéphalographie, qui utilise des champs magnétiques pour mesurer les ondes cérébrales, ou magnétocardiographie, qui utilise des champs magnétiques pour imager la fonction cardiaque. Actuellement, ces machines ont la taille d'une petite pièce et peuvent coûter jusqu'à 3 millions de dollars.

"Avec des capteurs NV de faible puissance, vous pourriez imaginer prendre une machine de magnétoencéphalographie de la taille d'une pièce et la transformer en quelque chose comme un casque, réduisant considérablement la taille et les coûts, " a déclaré Labanowski.

Les capteurs pourraient également être placés dans des avions ou des drones pour aider à repérer les métaux des terres rares sous terre, ou utilisé dans les téléphones portables pour améliorer la navigation.

La détection de champ magnétique n'est qu'une application des centres NV, dit Salahuddin. L'équipe prévoit d'affiner sa technologie pour utiliser des centres NV et d'autres types de systèmes quantiques dans une grande variété d'applications.

« Alors que nous mettions l'accent sur la détection de champ magnétique, nos travaux pourraient conduire à la manipulation électrique des systèmes quantiques en général avec des domaines d'application beaucoup plus larges, y compris l'informatique quantique, ", a déclaré Salahuddin.