L'amélioration de l'efficacité de la conversion d'énergie dans l'électronique de puissance est vitale pour une société durable, avec des semi-conducteurs à large bande comme GAN et les dispositifs de puissance SIC offrant des avantages en raison de leurs capacités à haute fréquence. Cependant, les pertes d'énergie dans les composants passifs à des fréquences élevées entravent l'efficacité et la miniaturisation. Cela souligne la nécessité de matériaux magnétiques doux avancés avec des pertes d'énergie plus faibles.
Dans une étude publiée dans Matériel de communicationune équipe de recherche dirigée par le professeur Mutsuko Hatano de la School of Engineering, Institute of Science, Tokyo, Japon, a développé une nouvelle méthode pour analyser de telles pertes en imaginant simultanément l'amplitude et la phase des champs d'égard de courant alternatif (AC), qui sont essentiels pour comprendre les pertes d'hystérèse.
En utilisant un capteur quantique en diamant avec des centres de vide azote (NV) et en développant deux protocoles – suivi des fréquences de qubit (Qurack) pour l'imagerie KHZ et quantum hétérodyne (qdyne) pour les fréquences MHz – ils ont réalisé l'imagerie sur le terrain magnétique AC à grande gamme. Cette étude a été réalisée en collaboration avec l'Université Harvard et Hitachi, Ltd.
Les chercheurs ont mené une expérience d'imagerie magnétique de champ magnétique à grande fréquence à grande fréquence en appliquant un courant alternatif à une bobine de tour de tour et en balayant la fréquence de 100 Hz à 200 kHz pour le Qurack et 237 kHz à 2,34 MHz pour Qdyne. Comme prévu, l'amplitude et la phase du champ magnétique ACPère uniforme ont été imagées à l'aide de centres NV avec une résolution spatiale élevée (2–5 µm), validant les deux protocoles de mesure.
En utilisant ce système d'imagerie innovant, l'équipe pourrait simultanément cartographier l'amplitude et la phase des champs magnétiques errants du COFEB – SIO2 Des couches minces, qui ont été développées pour les inductances à haute fréquence. Leurs résultats ont révélé que ces films présentent un délai de phase presque nul allant jusqu'à 2,3 MHz, indiquant des pertes d'énergie négligeables le long de l'axe dur. De plus, ils ont observé que la perte d'énergie dépend de l'anisotropie magnétique du matériau – lorsque la magnétisation est entraînée le long de l'axe facile, le retard de phase augmente avec la fréquence, ce qui signifie une dissipation d'énergie plus élevée.
Dans l'ensemble, les résultats montrent comment la détection quantique peut être utilisée pour analyser les matériaux magnétiques doux fonctionnant à des fréquences plus élevées, ce qui est considéré comme un défi majeur dans le développement de systèmes électroniques très efficaces. Notamment, la capacité de résoudre le mouvement de la paroi du domaine, l'un des mécanismes de magnétisation fortement liés aux pertes d'énergie, est une étape pivot, conduisant à d'importantes avancées pratiques et optimisations dans l'électronique.
Dans l'attente, les chercheurs espèrent améliorer encore les techniques proposées de diverses manières. « Les techniques Qurack et Qdyne utilisées dans cette étude peuvent être améliorées par les améliorations de l'ingénierie », explique Hatano. « Les performances de Qurack peuvent être améliorées en adoptant des générateurs de signaux à haute performance pour étendre sa plage d'amplitude, tandis que l'optimisation du temps de cohérence du spin et de la vitesse de contrôle des micro-ondes élargiraient la plage de détection de fréquence de Qdyne. »
«L'imagerie simultanée de l'amplitude et de la phase des champs magnétiques AC à travers une large gamme de fréquences offre de nombreuses applications potentielles dans les technologies électriques de puissance, les électromaignes, la mémoire non volatile et les technologies spintroniques», remarque Hatano. « Ce succès contribue à l'accélération des technologies quantiques, en particulier dans les secteurs liés aux objectifs de développement durable et au bien-être. »
