Raster-NV-Magnetometer, Quantendiamantmikroskop

Untersuchung von Skyrmion – Quantum Diamond NV-Center AFM-Anwendungen

Können Sie sich eine Laptop-Festplatte in der Größe eines Reiskorns vorstellen? Skyrmion, eine mysteriöse Quasiteilchenstruktur im Magnetfeld, könnte diese scheinbar undenkbare Idee Wirklichkeit werden lassen, mit mehr Speicherplatz und schnelleren Datenübertragungsraten für dieses „Reiskorn“. Wie kann man diese seltsame Teilchenstruktur beobachten? Der CIQTEK Quantum Diamond Atomic Force Microscope (QDAFM), basierend auf dem Stickstoff-Leerstellen-Zentrum (NV) in der Diamant- und AFM-Scanning-Bildgebung, kann Ihnen die Antwort geben. Was ist Skyrmion? Mit der rasanten Entwicklung großflächiger integrierter Schaltkreise, der Chipverarbeitung bis hin zur Nanometerskala, wird der Quanteneffekt nach und nach hervorgehoben und das „Mooresche Gesetz“ stößt an physikalische Grenzen. Gleichzeitig ist bei einer so hohen Dichte integrierter elektronischer Komponenten auf dem Chip das Problem der Wärmeableitung zu einer großen Herausforderung geworden. Die Menschen brauchen dringend eine neue Technologie, um den Engpass zu überwinden und die nachhaltige Entwicklung integrierter Schaltkreise voranzutreiben. Spintronische Geräte können eine höhere Effizienz bei der Informationsspeicherung, -übertragung und -verarbeitung erreichen, indem sie die Spineigenschaften von Elektronen ausnutzen, was ein wichtiger Weg ist, das oben genannte Dilemma zu durchbrechen. In den letzten Jahren wird erwartet, dass topologische Eigenschaften magnetischer Strukturen und die damit verbundenen Anwendungen die Informationsträger spintronischer Geräte der nächsten Generation sein werden, was einer der aktuellen Forschungsschwerpunkte auf diesem Gebiet ist. Das Skyrmion (im Folgenden als magnetisches Skyrmion bezeichnet) ist eine topologisch geschützte Spinstruktur mit Quasiteilcheneigenschaften und als besondere Art magnetischer Domänenwand weist seine Struktur eine Magnetisierungsverteilung mit Wirbeln auf. Ähnlich wie bei der magnetischen Domänenwand gibt es auch im Skyrmion einen magnetischen Momentumschlag, aber im Gegensatz zur Domänenwand ist das Skyrmion eine Wirbelstruktur und sein magnetischer Momentumschlag erfolgt von der Mitte nach außen, und die häufigsten sind vom Bloch-Typ Skyrmionen und Skyrmionen vom Neel-Typ. Abbildung 1: Schematische Darstellung der Struktur des Skyrmions. (a) Skyrmionen vom Neel-Typ (b) Skyrmionen vom Bloch-Typ Das Skyrmion ist ein natürlicher Informationsträger mit hervorragenden Eigenschaften wie einfacher Handhabung, einfacher Stabilität, geringer Größe und hoher Fahrgeschwindigkeit. Daher wird erwartet, dass die auf Skyrmionen basierenden elektronischen Geräte die Leistungsanforderungen für zukünftige Geräte in Bezug auf Nichtflüchtigkeit, hohe Kapazität, hohe Geschwindigkeit und geringen Stromverbrauch erfüllen. Was sind die Anwendungen von Skyrmionen? Skyrmion-Rennstrecken-Speicher Beim Racetrack-Speicher werden magnetische Nanodrähte als Spuren und magnetische Domänenwä...

Diamond NV-Center Magnetische Bildgebungstechnologie für die Zellforschung

Licht, Elektrizität, Wärme und Magnetismus sind wichtige physikalische Größen, die bei Messungen in den Biowissenschaften eine Rolle spielen, wobei die optische Bildgebung am weitesten verbreitet ist. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie hat die optische Bildgebung, insbesondere die Fluoreszenzbildgebung, den Horizont der biomedizinischen Forschung erheblich erweitert. Allerdings ist die optische Bildgebung oft durch das Hintergrundsignal in biologischen Proben, die Instabilität des Fluoreszenzsignals und die Schwierigkeit der absoluten Quantifizierung eingeschränkt, was ihre Anwendung in gewissem Maße einschränkt. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine gute Alternative und hat aufgrund ihrer durchdringenden, geringen Tiefe ein breites Anwendungsspektrum in einigen wichtigen Life-Science-Szenarien, wie etwa der Untersuchung von Schädel-, Nerven-, Muskel-, Sehnen-, Gelenk- und Bauch-Becken-Organläsionen Hintergrund- und Stabilitätseigenschaften. Obwohl erwartet wird, dass die MRT die oben genannten Mängel der optischen Bildgebung beseitigt, ist sie durch ihre geringe Empfindlichkeit und geringe räumliche Auflösung begrenzt, was ihre Anwendung auf die Bildgebung auf Gewebeebene mit einer Auflösung im Mikrometer- bis Nanometerbereich erschwert. Ein neuer quantenmagnetischer Sensor, der in den letzten Jahren entwickelt wurde, das Nitrogen-Leerstellen-Zentrum (NV), ein lumineszierender Punktdefekt in Diamant. Die auf dem NV-Zentrum basierende magnetische Bildgebungstechnologie ermöglicht die Erkennung schwacher magnetischer Signale mit einer Auflösung bis zum Nanometerbereich und ist nicht verfügbar -angreifend . Dies stellt eine flexible und hochkompatible Magnetfeldmessplattform für die Biowissenschaften bereit. Es ist einzigartig für die Durchführung von Studien auf Gewebeebene und klinischer Diagnostik in den Bereichen Immunität und Entzündung, neurodegenerative Erkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, biomagnetische Sensorik, Magnetresonanz-Kontrastmittel und insbesondere für biologische Gewebe mit optischen Hintergründen und optischen Übertragungsfehlern quantitative Analyse. Diamond NV-Zentrum für magnetische Bildgebungstechnologie Es gibt zwei Haupttypen der magnetischen Bildgebungstechnologie mit Diamant-NV-Zentrum: magnetische Bildgebung mit Abtastung und magnetische Bildgebung mit großem Feld. Die magnetische Rasterbildgebung wird mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM)-Technik kombiniert, die einen einfarbigen Diamant-Zentrumssensor verwendet. Bei der Bildgebungsmethode handelt es sich um eine Einzelpunkt-Scanning-Bildgebung, die eine sehr hohe räumliche Auflösung und Empfindlichkeit aufweist. Allerdings schränken die Bildgeschwindigkeit und der Bildbereich die Anwendung dieser Technik in einigen Bereichen ein. Bei der magnetischen Weitfeldbildgebung hingegen wird ein angebundener Diamantsensor mit einer hohen Konzentration an NV-Zentren verwendet, im Vergleich zu einem ein...

Neue Horizonte für 2D-Magnetmaterialien – Quantum Diamond NV-Center AFM-Anwendungen

Seit Jahrhunderten beschäftigt sich die Menschheit ununterbrochen mit der Erforschung des Magnetismus und der damit verbundenen Phänomene. In den frühen Tagen des Elektromagnetismus und der Quantenmechanik war es für den Menschen schwierig, sich die Anziehungskraft von Magneten auf Eisen und die Fähigkeit von Vögeln, Fischen oder Insekten vorzustellen, zwischen Zielen zu navigieren, die Tausende von Kilometern entfernt liegen – erstaunliche und interessante Phänomene zugleich magnetischen Ursprungs. Diese magnetischen Eigenschaften entstehen durch die bewegte Ladung und den Spin von Elementarteilchen, die ebenso weit verbreitet sind wie Elektronen. Zweidimensionale magnetische Materialien sind zu einem Forschungsschwerpunkt von großem Interesse geworden und eröffnen neue Richtungen für die Entwicklung von Spintronikgeräten, die wichtige Anwendungen in neuen optoelektronischen Geräten und Spintronikgeräten haben. Kürzlich wurde in den Physics Letters 2021, Nr. 12, auch ein Sonderbeitrag zu 2D-Magnetmaterialien veröffentlicht, in dem die Fortschritte von 2D-Magnetmaterialien in Theorie und Experimenten aus verschiedenen Perspektiven beschrieben werden. Ein zweidimensionales magnetisches Material mit einer Dicke von nur wenigen Atomen kann als Substrat für sehr kleine Siliziumelektronik dienen. Dieses erstaunliche Material besteht aus Paaren ultradünner Schichten, die durch Van-der-Waals-Kräfte, also intermolekulare Kräfte, übereinander gestapelt werden, während die Atome innerhalb der Schichten durch chemische Bindungen verbunden sind. Obwohl es nur atomar dick ist, behält es dennoch seine physikalischen und chemischen Eigenschaften in Bezug auf Magnetismus, Elektrizität, Mechanik und Optik. Zweidimensionale magnetische Materialien Bild referenziert von https://phys.org/news/2018-10-flexy-flat-Functional-magnets.html Um eine interessante Analogie zu verwenden: Jedes Elektron in einem zweidimensionalen magnetischen Material ist wie ein winziger Kompass mit einem Nord- und einem Südpol, und die Richtung dieser „Kompassnadeln“ bestimmt die Magnetisierungsintensität. Wenn diese unendlich kleinen „Kompassnadeln“ spontan ausgerichtet werden, stellt die magnetische Sequenz die Grundphase der Materie dar und ermöglicht so die Herstellung vieler funktioneller Geräte wie Generatoren und Motoren, magnetoresistiver Speicher und optischer Barrieren. Diese erstaunliche Eigenschaft hat auch zweidimensionale magnetische Materialien heiß gemacht. Obwohl sich die Herstellungsprozesse für integrierte Schaltkreise inzwischen verbessern, sind sie bereits durch Quanteneffekte eingeschränkt, da die Zahl der Geräte immer kleiner wird. Die Mikroelektronikindustrie ist auf Engpässe wie geringe Zuverlässigkeit und hohen Stromverbrauch gestoßen, und auch das Mooresche Gesetz, das seit fast 50 Jahren gilt, ist auf Schwierigkeiten gestoßen (Moores Gesetz: Die Anzahl der Transistoren, die auf einem integrierten Schaltkreis untergebr...