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                MIT在芯片上打造量子传感器 或将取代GPS

                RFID世界网 2019-10-31 14:03:28

                [导读] 美国麻省理工↓学院(MIT)的研究人员首次在硅芯片上打造了一种基于金刚石的量子传感器,从而能够为低成本、可扩展的№量子计算、传感和通信硬件铺平道路。

                据︾外媒报道,美国麻省理工学院(MIT)的研究人员首次在硅芯片上打造了一种基于金刚石的量子传感器,从而能够为低成本、可扩展的量子计算、传感和通信硬件铺平道路。

                 

                 

                麻省理工学院的研究人员使用传统的制∞造技术(如图所示)在硅芯片上▲制造了基于钻石的量子传感器,该技吉林快三遗漏值术可以实现低成本的量子硬件。

                金刚石中的“氮空位(NV)中心”是一种∑ 电子的缺陷,能够被光和微波操纵。作为响应,它们发射出彩色光子,其中携带有有关周围磁◤场和电场的量子信息,可用于生物传感、神经成像、物体检测☉和其他传感应用。但是,传↑统的基于NV的量子传感器大约只有一张厨房桌子那么大,其昂贵的分立元器件限制了其实用性和可扩展性。

                在《自然电子》上发表△的一篇论文中,研究人员找到了一种方法Ψ,使用传统的半导体制造技术,将所有笨重〒、体积庞大的吉林快三豹子技巧方法组件(包括微波发生器、滤光器和光电〖探测器等)都集成到一个尺寸只有毫米大小的包装中。值得注意︼的是,该传感器能够在室温ξ 下运行←,具有检测磁场方向和强度的能力。

                研究人员展示了该传感器在磁力计中卐的用途,这意味着他们能够测量由于周围磁场引起的原子尺度的频率变化,而周围磁场可能会包含有关周围【环境的信息。通过进一步完善,该传感器还可用于其∩他领域,如绘制大◆脑中的电脉冲图、在漆黑的环境中探测物体等。

                电气工程和计算机科学系(EECS)的研究生克里斯托弗·佛伊(Christopher Foy)说:“一般传感器很难阻挡○磁场,因此对于量子传感器而言,这是一个巨大的优势。如果有车辆在您下方↓的地下隧道中行驶,即使您在☆那儿看不到它,也可以将其检测出来。”

                收缩⌒和堆叠

                如果金刚石吉林快三开奖结果今天一定牛晶格结构中两个相邻位置的碳原子消失,其中一个原子被√氮原子取代,另一个位置“缺失”,就会造成NV中心,导致结ζ构中缺失了键,而此类结构中的电子会对周围环√境中的电、磁和光学特性的微小变化极其敏吉林快三同号遗漏感。

                NV中心本质上是一个具有原子核和周围电子的原子。它还※具有光致发光特性,这意味着它能够吸收并发射彩∞色光子。扫过整个NV中心的微◥波可以让其改变状态(正、中性和负),进而改变其电子的自旋。然后,根据自旋,NV中心又会发出不同数量的红色光ω 子。

                一种称为光学检测磁共振(ODMR)的技术可以测量出NV中心与周围磁场相互作用后发射出的光子数量。这种相互作用产生了有关磁场■的更多可量化信※息。为了实现这一切,传统传感器需要庞大∞的组件,包括激吉林快三和值大小开奖号码光器、电源、微波发生器、用于引导光和微波的①导体、光学滤波器传感器以及读数组件。

                不过,MIT研究人员开发了↙一种新型的芯片体系结构,可以使用标准的互补金属氧化ㄨ物半导体(CMOS)技术,以某种方式定位和堆叠微小◥的廉价组件,因此新型的芯片体【系的功能类似于那些庞大的组件。研究人员说:“ CMOS技术可以在芯片上实现非常复杂的3-D结构, 我们可以在芯片上创建一个完整的系统,并且顶部只需要一♂块金刚石和绿色激光即可,这可以是常规的芯片级LED。”

                金刚Ψ板中的NV中心吉林快三福利彩票结果位于芯片的“传感区”中,小型绿色激光器会激发NV中心,同时靠近NV中心放置的纳米线则响应电流而产生扫掠◎微波。基本来说,激光㊣ 和微波会配合工作,使NV中心发出不同数量的红色光子,而差值就是研究⊙人员实验中需要的目标信号。

                在NV中心下方是一个光电二极管,能够消除噪声并测量光子。在金刚石和光电二极管之间是一个金属光栅,它可以充当过滤器,吸收绿色激光光子,同时〗允许红色光子到达光电二极管。简而言之,这将能在芯片上启用ODMR器件,该器件可以测量带有周围磁△场信息的红色光子的共振频¤率偏移。

                但是,一个芯片如何完成大型计算机的工作?一个关键技巧就是移动产生微波的导线,使其与NV中心保持最佳距离。即使芯片非々常小,该精确的距离也可使线①电流产生足够的磁场◣来操纵电子。同时,微波@ 导线和电路在设计中都被考虑在内,而且被紧密集成至芯片中。在他们的论文中,研究人快3 吉林快三直播开奖员表示,其设计能够产生足够的磁场,用于目标探测。

                只是开始

                在今年早些■时候,在国际固◆态电路会议上,研究人员还介绍了第二代传感器,该传感器对其设计进ω行了各种改进,以实现100倍高吉林快3开奖号码一定牛的灵敏度。研究人员表示,接下来,他们致力于ㄨ如何将灵敏度提高1000倍,他们目前已有了基本的路线图:即∴要扩大芯片的尺寸以增加NV中心的密︻度,这决定了灵敏度。

                如果研发能够成功,该传感器甚至可以用于神经成像应用。这意味着将传感器放在神经元附近,检测激发神经元的强度和方向,从而帮助研究〇人员绘制神经元之间的联系,并■查看哪些神经元相互触发。未来的其他应用还包括替换车辆和◆飞机的GPS,由于能够很好地绘制出地球磁场,量子传感器就能成为极其精确的指南针,即使在没有GPS的环境中也是如此→。

                研究人员说:“这只是成就的开始。这▂是一段漫长的旅程,但是我们已经有了两个里程碑,分别是第一代和第二代传感器。我们计划从传感到通信再到计算。”

                哈佛大学高级讲师罗恩·沃尔斯沃思(Ron Walsworth)说:“我对这种量子▲传感器技术充满热情,并预见了它将在多个领域产生重大影响。他们在」量子金刚石传感器与CMOS技术集成方面吉林快三查号定胆迈出了关键的一步,其中包括片上微波的产生和传输,以及片上过滤和检测金刚石中量子缺陷中携带信息『的荧光灯。下一步将是〖进一步提高量子金刚石传感器的灵∑ 敏度和带宽,并将CMOS金刚石传感器与包括化学◥分析、NMR光谱和材料表征在内的广泛应用结合起来。”


                [整理编辑:CK365快三玩法网]
                标签:  传感器[20]
                 
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