Przekształcanie smartfona w czujnik kwantowy: moc diod OLED
Ilustracja przestrzennie rozdzielczego systemu ODMR (optycznie wykrywany rezonans magnetyczny) do obrazowania pola magnetycznego. Źródło: nauka o ekscytonach
Naukowcy z UNSW Sydney opracowali metodę w skali chipa, wykorzystującą diody OLED do obrazowania pól magnetycznych, potencjalnie przekształcając smartfony w przenośne czujniki kwantowe. Technika ta jest bardziej skalowalna i nie wymaga wkładu laserowego, dzięki czemu urządzenie jest mniejsze i można je produkować masowo. Technologia może znaleźć zastosowanie w zdalnej diagnostyce medycznej i identyfikacji wad materiałowych.
Smartfony mogą pewnego dnia stać się przenośnymi czujnikami kwantowymi dzięki nowemu podejściu opartemu na skali chipów, które wykorzystuje organiczne diody elektroluminescencyjne (OLED) do obrazowania pól magnetycznych.
Naukowcy z ARC Center of Excellence in Exciton Science w UNSW Sydney wykazali, że diody OLED, rodzaj materiału półprzewodnikowego powszechnie spotykanego w płaskich telewizorach, ekranach smartfonów i innych wyświetlaczach cyfrowych, mogą być wykorzystywane do mapowania pól magnetycznych za pomocą rezonansu magnetycznego.
Wykrywanie pól magnetycznych ma ważne zastosowania w badaniach naukowych, przemyśle i medycynie.
Opublikowane w prestiżowym czasopiśmie
Dr. Rugang Geng working at UNSW Sydney. Credit: Exciton Science
The majority of existing quantum sensing and magnetic field imaging equipment is relatively large and expensive, requiring either optical pumping (from a high-powered laser) or very low cryogenic temperatures. This limits the device integration potential and commercial scalability of such approaches.
By contrast, the OLED sensing device prototyped in this work would ultimately be small, flexible, and mass-producible.
The techniques involved in achieving this are electrically detected magnetic resonance (EDMR) and optically detected magnetic resonance (ODMR). This is achieved using a camera and microwave electronics to optically detect magnetic resonance, the same physics which enables Magnetic Resonance Imaging (MRI).
Using OLEDs for EDMR and ODMR depends on correctly harnessing the spin behavior of electrons when they are in proximity to magnetic fields.
OLEDs, which are highly sensitive to magnetic fields, are already found in mass-produced electronics like televisions and smartphones, making them an attractive prospect for commercial development in new technologies.
Professor Dane McCamey of UNSW, who is also an Exciton Science Chief Investigator, said: “Our device is designed to be compatible with commercially available OLED technologies, providing the unique ability to map magnetic field over a large area or even a curved surface.
“You could imagine using this technology being added to smartphones to help with remote medical diagnostics, or identifying defects in materials.”
First author Dr. Rugang Geng of UNSW and Exciton Science added: “While our study demonstrates a clear technology pathway, more work will be required to increase the sensitivity and readout times.”
Professor McCamey said that a patent has been filed (Australian Patent Application 2022901738) with a view toward the potential commercialization of the technology.
Reference: “Sub-micron spin-based magnetic field imaging with an organic light emitting diode” by Rugang Geng, Adrian Mena, William J. Pappas and Dane R. McCamey, 15 March 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-37090-y
