Смартфоны однажды могут стать портативными квантовыми датчиками благодаря новому подходу в масштабе чипа, который использует органические светоизлучающие диоды (OLED) для отображения магнитных полей, что имеет значительные последствия для использования в здравоохранении и промышленности.

Исследователи Университета Нового Южного Уэльса из Центра передового опыта ARC в области науки об экситонах продемонстрировали, что OLED, тип полупроводникового материала, который обычно используется в телевизорах с плоским экраном, экранах смартфонов и других цифровых дисплеях, можно использовать для картографирования магнитных полей.

Последнее исследование, проведенное под руководством доктора Руганга Генга и профессора Дейна МакКейми из Школы физики UNSW, было подробно описано в Nature Communications.

«Наши результаты показывают, что OLED, коммерчески доступная технология, может использоваться не только для дисплеев и освещения, но также для квантового зондирования и визуализации магнитного поля путем интеграции небольшого элемента микроволновой электроники», — говорит первый автор исследования, доктор. Руганг Генг.

«Если эта технология будет должным образом разработана, люди смогут просто использовать свои смартфоны для картографирования магнитных полей вокруг них, например, для обнаружения дефектов в бриллиантах или ювелирных изделиях.»

Как работает эта технология?

OLED — это новая технология отображения, которая обеспечивает одни из лучших качественных экранов в смартфонах и телевизорах.

«Основной принцип работы OLED-устройства заключается в том, что при подаче напряжения электроны и дырки вводятся в разные слои устройства», — говорит доктор Гэн. «Когда электроны и дырки встречаются в центральном слое, они образуют «экситоны», которые при распаде излучают видимый свет , и именно это делает OLED полезными в качестве дисплеев и источников света».

Этот процесс излучения света использует характеристики заряда электронов, имеющих отрицательный заряд , и дырок, имеющих положительный заряд. Они оба также обладают другим внутренним свойствомква , называемым спином.

Этот спин направлен либо вверх, либо вниз и очень чувствителен к внешним магнитным полям. Фактически, он может «кувыркаться» (или менять направление) в условиях магнитного резонанса.

«Измеряя изменение сигнала, как электрического тока, так и светового излучения, вызванное таким триггером, мы можем определить силу любого магнитного поля, воздействующего на устройство», — говорит доктор Гэн.

Интегрируя OLED-экран с микроволновым резонатором, доктор Генг, профессор МакКейми и их коллеги создали крошечное колеблющееся магнитное поле на OLED-устройстве, позволяющее каждому отдельному пикселю OLED-экрана действовать как небольшой датчик магнитного поля.

«Результат нас не удивил — мы занимались этим несколько лет», — говорит профессор Маккейми. «Но мы были удивлены разрешением изображений, которые мы смогли сделать — мы можем видеть детали в масштабе субмикронной длины, подобно размеру бактерии или нейрона».

Коммерциализация и повседневное использование

Это последнее исследование представляет собой следующий шаг в развитии оборудования для визуализации магнитного поля. Существующее оборудование для квантового зондирования и визуализации магнитного поля, как правило, является большим и дорогим, требующим либо дополнительной мощности от мощного лазера, либо чрезвычайно низких температур. В этих условиях потенциал интеграции устройств и коммерческая масштабируемость ограничены.

Тем не менее, новый метод, разработанный командой, может работать в масштабе микрочипа и не требует ввода лазера, демонстрируя большой потенциал для применения в научных исследованиях, промышленности и медицине.

«Далее мы надеемся улучшить общую производительность устройства, включая оптимизацию архитектуры устройства и изучение других методов, которые могут значительно повысить чувствительность поля», — говорит д-р Гэн.

«Мы также изучаем возможности сотрудничества с компаниями, занимающимися технологиями OLED, поскольку их опыт переноса устройств из лабораторий в коммерческие продукты поможет ускорить внедрение этой технологии».