Повышение эффективности преобразования энергии в электронике — ключевая задача для устойчивого развития. Полупроводники с широкой запрещенной зоной, такие как GaN и SiC, позволяют работать на высоких частотах, но потери энергии в пассивных компонентах мешают сделать устройства компактнее и эффективнее. Чтобы решить эту проблему, нужны новые мягкие магнитные материалы с минимальными потерями.

Результаты опубликованы в издании Communications Materials.

Группа ученых под руководством профессора Муцуко Хатано из Токийского технологического института разработала метод анализа магнитных потерь, визуализируя амплитуду и фазу переменных магнитных полей. Они использовали алмазный квантовый сенсор с NV-центрами (азотными вакансиями) и два протокола:

• Qurack — для низких частот (до 200 кГц),
• Qdyne — для высоких (до 2,34 МГц).

Эксперимент подтвердил, что система точно измеряет поле с разрешением 2–5 мкм. Ученые исследовали тонкие пленки CoFeB–SiO₂, которые применяются в высокочастотных индукторах, и обнаружили, что потери энергии зависят от направления намагниченности:

• Вдоль «легкой» оси задержка фазы почти нулевая — потерь нет.
• Вдоль «трудной» оси задержка растет с частотой — энергия теряется.

Этот метод позволяет изучать движение доменных стенок — один из основных механизмов потерь в магнитных материалах. В будущем технологию можно улучшить:

• Повысить точность Qurack с помощью более стабильных генераторов сигналов.
• Расширить диапазон Qdyne, оптимизировав время когерентности спинов.

Наш подход пригодится не только в энергетике, но и в спинтронике, магнитной памяти и других областях, — говорит Хатано.

Этот метод дает прямое наблюдение за потерями в материалах, что раньше было сложно измерить. Теперь можно:

• Точно настраивать состав и структуру магнитных пленок для конкретных частот.
• Уменьшать нагрев и повышать КПД высокочастотных устройств.
• Ускорять разработку новых материалов без долгих проб и ошибок.

Для индустрии это означает более компактные и энергоэффективные преобразователи, моторы и даже элементы квантовых компьютеров.

Отметим, что метод пока требует сложного оборудования (алмазные сенсоры, криогенные условия) и неясно, как быстро его можно масштабировать для массового производства.

Ранее ученые заявили, что железо удешевит преобразование солнечной энергии.