Ученые из Японии и США разработали новаторский метод визуализации потерь энергии с использованием квантовых алмазных сенсоров. Работа опубликована в журнале Communications Materials (CM).
Современные гаджеты, электромобили и солнечные панели требуют все больше энергии, и значимо, чтобы она не тратилась впустую. Одна из главных проблем — потери энергии в электронных устройствах, особенно при работе на высоких частотах. Эти потери мешают делать электронику более компактной и эффективной.
Чтобы решить эту задачу, исследователи придумали метод, как буквально «заглянуть внутрь» магнитных материалов, из-за которых происходят такие потери. Они использовали особые алмазы с квантовыми свойствами, чтобы измерить слабые магнитные поля, возникающие в работе устройства.
Внутри алмазов есть уникальные атомы — центры азот-вакансия (NV). Они чувствительны к слабым магнитным полям и позволяют измерять даже очень тонкие изменения. С помощью этих алмазных сенсоров команда исследователей смогла параллельно измерять силу и «задержку» магнитного поля — именно эта задержка показывает, сколько энергии теряется.
Такой подход работает в очень широком диапазоне частот: от 100 герц (приблизительно частота работы электросети) до 2,3 мегагерц (частоты, используемые в продвинутой электронике).
Ученые изучали специальные магнитные пленки, которые используются в новых электронных устройствах. Они выяснили, что потери энергии зависят от направления, в котором работает магнитное поле внутри материала. В одном направлении потери практически отсутствуют, а в другом — растут с частотой.
Кроме того, исследователям удалось увидеть движение так называемых доменных стенок — микроскопических границ между участками с разной намагниченностью. Это один из процессов, из-за которого теряется энергия.
Новый метод позволяет точно и наглядно изучать, как теряется энергия в деталях электроники. Это поможет создавать более эффективные устройства: зарядки, процессоры, электродвигатели и многое иное.
«Наши технологии можно использовать в электронике, магнитной памяти, электромобилях и даже в развитии квантовых технологий», — отметил профессор Муцко Хатано, начальник исследования.
Теперь инженеры смогут создавать материалы с минимальными потерями, а значит — экономить электроэнергию и делать технику более надежной, компактной и экологичной.