Физики из МГУ им. М. В. Ломоносова, БФУ им. И. Канта и Технологического университета Тоехаси (Япония) разработали новый метод, позволяющий находить слабые магнитные поля. Он использует принципы нанофотоники. Свою работу исследователи опубликовали в журнале Scientific Reports.

Детекторы магнитных полей используются в множестве различных областей, таких как хранение информации, геологоразведка, медицина и так далее. Некоторые из них требуют возможности обнаружения очень слабых по своей величине полей. Сегодня самой большой чувствительностью обладают системы на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКВИД), но для их работы требуется охлаждение до температур порядка четырех кельвинов, а большие размеры усложняют проведение измерений.

Более давно применяются магнитооптические методы. Они используются в основном для измерения сильных и сверхсильных магнитных полей из-за слабости эффектов, которые они фиксируют. Однако такие методики измерения имеют множество плюсов — например, они позволяют значительно локализировать измерения до области поверхности порядка 100 на 100 микрометров.

В последнее время в нанофотонике активно развивается направление исследования так называемых магнитоплазмонных кристаллов — наноструктур, которые имеют одновременно плазмонную запрещенную зону и магнитооптические свойства. Проведенные ранее исследования показали, что магнитооптические эффекты таких структур можно увеличить более чем в десять раз для определенных длин волн.

Авторы нового исследования решили использовать эти недавно обнаруженные эффекты для создания чувствительных и компактных детекторов магнитного поля. Так, российские ученые вместе с японскими коллегами создали сенсор и смогли довести значение его чувствительности до 10^-6 эрстед. Эта величина занимает промежуточное положение между сенсорами на эффекте Холла и СКВИД по чувствительности и локальности измерения магнитного поля.

«Идея применить магнитоплазмонные кристаллы с усиленным магнитооптическим эффектом для детектирования магнитных полей родилась еще несколько лет назад. Основной проблемой, которую для этого пришлось решить, была необходимость измерения постоянного магнитного поля, при том что магнитооптический эффект Керра, как правило, измеряется в переменном магнитном поле. Пока данная методика является proof of principle (доказательством концепции, — Indicator.Ru), а не готовым устройством, она показывает возможность применения магнитооптических методов для детектирования слабых магнитных полей», — рассказал один из авторов статьи, научный сотрудник физического факультета МГУ Андрей Грунин.