Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Grafenowe sensory do systemów kriogenicznych

ghost666 04 Jun 2021 06:55 555 0
  • Grafenowe sensory do systemów kriogenicznych
    Firma Paragraf zaprezentowała czujnik Halla wykonany z grafenu do zastosowań kriogenicznych, takich jak obliczenia kwantowe, fizyka wysokich energii, fizyka niskich temperatur, fuzja i przestrzeń kosmiczna.

    Konwencjonalne materiały rzadko działają dobrze w temperaturach kriogenicznych, a najnowsze badania grafenu pokazują, że materiał ten wykazuje swoje pożądane właściwości równeiż w ekstremalnie niskich temperaturach. Oparty na grafenie czujnik firmy Paragraf może mierzyć natężenie pola magnetycznego o wartości ponad 7 tesli w krytycznych sytuacjach poniżej 3 kelwinów, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania dodatkowych rozwiązań dla temperatury pokojowej, które mogą wprowadzać błędy i destabilizację do systemu ze względu na ich znaczące wahania energii cieplnej. John Tingay, CTO w Paragraf, powiedział, że wytrzymałość grafenu w ekstremalnych warunkach kriogenicznych jest kluczowym atrybutem.

    Paragraf uważa, że ​​nowy czujnik GHS-C może zapewnić wysoką wydajność nawet w znacznie niższych temperaturach. Nowa generacja akceleratorów cząstek stosowanych w fizyce jądrowej oparta jest na magnesach generujących pole o natężeniu powyżej 16 T. Tingay powiedział, że GHS-C już cieszy się zainteresowaniem liderów w tej dziedzinie.

    Grafen dla kubitów

    Obliczenia kwantowe dążą do coraz większej wydajności. IBM na przykład postawił sobie za cel zbudowanie komputera kwantowego zawierającego 1000 bitów kwantowych (kubitów) do 2023 roku.

    Nie brzmi to jak zbyt wiele, ale w przeciwieństwie do tradycyjnych komputerów, w których bit może mieć wartość 0 lub 1 (włączony lub wyłączony), każdy pojedynczy kubit może przyjmować niezliczoną ilość stanów, zdefiniowanych przez superpozycję, splątanie i dekoherencję. Kilka stanów może jednocześnie reprezentować kubit, a dwa kubity są również połączone ze sobą "kwantowo". Ta właściwość umożliwia komputerom kwantowym pracę ze wszystkimi kombinacjami bitów jednocześnie, dzięki czemu obliczenia kwantowe są wydajniejsze i szybsze niż tradycyjne obliczenia w wielu operacjach.

    Pomiar kwantowy jest bardzo wymagający, ponieważ stany muszą być odizolowane od wszelkich zdarzeń zewnętrznych, które mogą modyfikować właściwości kubitu, a tym samym wprowadzać błąd do samego systemu (to tak zwana dekoherencja). Aby wszystko odbywało się z maksymalną precyzją, niezbędna jest praca w bardzo niskich temperaturach. Nawet ciepło wytwarzane przez czujniki wykrywające stan kubitów może prowadzić do powstawania błędów. Czujnik Halla GHS-C, który pracuje przy rozpraszaniu na poziomie pW zamiast mW, znacznie zmniejszając potencjalny wpływ na urządzenie, umożliwiając naukowcom dokonywanie dokładniejszych pomiarów.

    Manipulowanie kubitami odbywa się za pomocą różnych technologii, w szczególności mikrofal. Praca na poziomie kwantowym oznacza, że ​​nawet minimalne zakłócenia mogą mieć znaczący wpływ na system. Dlatego celem jest magnetyczna osłona, aby zniwelować wpływ pól zewnętrznych na działanie w bardzo niskich temperaturach.

    Grafen okazał się odpowiedni do tych zastosowań. Składa się z pojedynczej warstwy atomów węgla ułożonych w sześciokątną siatkę. Może przewodzić elektrony szybciej niż krzem i lepiej transportować ciepło niż miedź. Ze względu na swoją zwartą strukturę jest praktycznie nieprzepuszczalny dla cząsteczek i wszystkich gazów.

    "Niska koncentracja nośników w grafenie i wysoka ich mobilność prowadzą do wysokiej rozdzielczości czujników i wysokiej ich liniowości. W wielu cyklach termicznych sam materiał grafenowy czy jego interakcje z innymi elementami urządzenia nie ulegają zmianie, co oznacza, że parametry urządzenia są powtarzalna przez wiele cykli termicznych. Oznacza to również, że istnieje tylko niewielka zależność temperatury od właściwości elektrycznych, dzięki czemu kalibracja sensora jest łatwa i dokładna" mówi Tingay.

    "Przy wysokich polach oscylacje kwantowe mogą ograniczać dokładność czujników i może wystąpić efekty nasycenie. Manipulując właściwościami elektrycznymi naszego grafenu, całkowicie unikamy nasycenia przy wysokich polach i redukujemy oscylacje kwantowe, czego wynikiem jest czujnik Halla o wysokiej dokładności. Innym wyzwaniem dla dokładnych pomiarów przy użyciu konwencjonalnych czujników Halla jest to, że czułość może zmieniać się wraz z temperaturą; dlatego wymagane są dokładne pomiary temperatury, aby to skompensować. Grafen ma minimalną zmianę właściwości elektrycznych w szerokim zakresie temperatur, więc współczynnik temperaturowy GHS-C wynosi ułamki procenta".

    Źródło: https://www.eetimes.com/graphene-hall-sensor-for-cryogenic-applications/

    Cool! Ranking DIY
    Czy Twoje urządzenia IoT są bezpieczne? [Webinar 22.06.2021, g.9.00]. Zarejestruj się za darmo
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10409 posts with rating 8703, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.