Een team van onderzoekers van de Technische Universiteit Delft (TU Delft), Universiteit Leiden, Tohoku University en het Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter hebben een nieuw type MRI-scanner ontwikkeld die golven in ultradunne magneten kan afbeelden. In tegenstelling tot elektrische stromen, deze zogenaamde spingolven produceren weinig warmte, waardoor ze kansrijke signaaldragers zijn voor toekomstige groene ICT-toepassingen.

MRI-scanners kunnen op een niet-invasieve manier in het menselijk lichaam kijken. De scanner detecteert de magnetische velden die worden uitgestraald door de atomen binnenin, waardoor het mogelijk is om de gezondheid van organen te bestuderen, ook al zijn ze verborgen onder dikke weefsellagen.

De niet-invasieve, doorzichtige kracht van MRI is wenselijk voor veel onderzoeksgebieden en industrieën. Het zou met name nuttig kunnen zijn als beeldvormingstool in nanotechnologie en de chipindustrie. Het kunnen detecteren van signalen in computerchips en andere nanodevices zou het gemakkelijker maken om hun prestaties te optimaliseren en hun warmteproductie te verminderen. Echter, de millimeterresolutie van conventionele MRI is onvoldoende om apparaten op chipschaal te bestuderen. Een team van onderzoekers onder leiding van de TU Delft heeft nu een nieuwe methode ontwikkeld voor het waarnemen van magnetische golven op submicrometerschaal.

NV centrum

Het MRI-systeem van de Delftse onderzoekers maakt gebruik van een speciaal roosterdefect in de kristalstructuur van diamant. Dit defect - bekend als stikstof-vacature (NV) -centrum - bestaat uit een stikstofatoom dat naast een lege plek in het diamant-koolstofrooster zit. "Zo'n NV-centrum is in wezen een magneet ter grootte van een atoom die extreem gevoelig is voor magnetische velden, TU Delft-onderzoeker Toeno van der Sar legt uit. NV-centra maken beeldvorming met hoge resolutie van de magnetische structuur van een monster mogelijk."

Opgewonden spingolven

Spingolven zijn golven in magnetische materialen die centraal staan ​​in het gedrag van magneten. Ze zijn veelbelovend als informatiedragers omdat ze weinig warmte produceren. Hun golfkarakter maakt het mogelijk om logische apparaten te bouwen die rekentaken uitvoeren met behulp van golfinterferentie.

Het kunnen zien van de golven is cruciaal voor het ontwerpen van spin-wave apparaten "Om deze golven in beeld te brengen, we gebruikten een diamantchip waarin we een laag NV-centra creëerden, Van der Sar legt uit. "We plaatsten deze chip op een dunne magnetische film waarin we spingolven aansloegen met behulp van elektroden en microgolfstromen. De NV-centra vangen de magnetische velden op die worden gegenereerd door de spingolven, waardoor hoge resolutie spin-wave imaging."

De onderzoekers hebben aangetoond dat spin-golf-MRI het mogelijk maakt om spingolven in beeld te brengen door ondoorzichtige materialen zoals de metalen bedrading op een chip. Verder, de techniek heeft de gevoeligheid om spingolven te detecteren in magneten die slechts één atoom dik zijn. Van der Sar zegt, "Omdat er momenteel een druk is om ultradunne magneten te gebruiken om logische apparaten op de kleinste schaal te maken, deze beeldvormingstechniek zal die ontwikkeling helpen."