Новый атомный магнитометр на порядок чувствительнее аналогов

Группа американских и китайских учёных под руководством Майкла Ромалиса из Принстонского университета (США) разработала новый тип атомных магнитометров — по точности не уступающих самым совершенным аналогам и при этом не нуждающихся в экранировании от магнитного поля Земли.

Магнитометры используются во множестве областей, но их высокочувствительные образцы на сверхпроводниках нуждаются в охлаждении до низких температур.

Атомные магнитометры, свободные от спин-обменного уширения в этом смысле лучше, ибо дорогое и громоздкое охлаждение им не требуется.

1_5.jpg Рис. 1. Схема атомного магнитометра (здесь и ниже иллюстрации J. Shi / Princeton University / PRL)…

Правда, в силу огромной чувствительности их надо защищать от магнитного поля Земли, иначе считать с них информацию не получится. Атомный магнитометр — оптическое устройство, в котором атомы того или иного вещества используются в составе паров, обстреливаемых поляризующим атомы лазерным излучением.

Затем считывающий лазер обстреливает атомы в момент, когда устройство готово измерить то или иное магнитное поле, и тогда расщепление линий атомных спектров в магнитном поле (эффект Зеемана) варьируется в зависимости от мозаичности и параметров последнего.

В новом типе магнитометра всё примерно то же. Но с двумя важными исключениями.

  • Во-первых, считывающий лазер реализует многопроходный обстрел атомов рубидия (в качестве среды используются пары этого вещества), считывая их спин много раз за одно измерение.
  • Кроме того, поляризация при помощи лазера накачки происходит за очень короткое время (менее одной миллисекунды), пока длится импульс лазера.

Поэтому релаксация спиновых состояний не успевает произойти до конца процесса, что радикально снижает шум в измеряемой системе. Одновременно с многопроходным считыванием это позволяет делать не менее точные измерения, чем раньше, даже при условии воздействия магнитного поля планеты — хотя порог чувствительности новой конструкции в сто миллиардов раз ниже последнего.

Кстати, эти показатели, по словам разработчиков, на порядок лучше, чем у самых чувствительных предшественников нового магнитометра.

2_5.jpg Рис. 2. …И его экспериментальная реализация.

Кроме геологии (поиск руд) и экспериментальной физики, приборы могут найти себя в медицине, где наверняка станут бюджетной и при этом более чувствительной альтернативной средствам томографии, использующей сверхпроводниковую элементную базу.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 2.2 (20 votes)
Источник(и):

1. Phys.Org

2. compulenta.ru