Физики разработали магнитометр, основанный на магните, который парит в воздухе, и способен улавливать самые слабые магнитные поля, возникающие в результате электрической активности мозга. Данная технология оказалась более простой, чем существующие методы, и при этом демонстрирует впечатляющую чувствительность.
Современные высокоточные магнитометры требуют экстремальных условий для своей работы. Сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства (SQUID) функционируют только при температурах, близких к абсолютному нулю, что требует сложных криогенных систем. Другой передовой инструмент — SERF-магнитометр — нуждается в практически идеальной защите от внешних магнитных помех. Оба условия усложняют конструкцию прибора и увеличивают расстояние между образцом и детектором.
Левитирующий магнитометр уменьшает это расстояние до нескольких сотен микрометров. По сути, это очень чувствительная стрелка компаса размером менее миллиметра. Вэй Цзи, физик из Пекинского университета, в сотрудничестве с коллегами подвесил сенсорный магнит между «подъемным» магнитом сверху и диамагнетиком снизу. Диамагнетик — это материал, который создает собственное противоположное магнитное поле в ответ на поле подъемного магнита, вытягивая сенсор вверх и стабилизируя его положение.
Лазер отражает свет от парящего магнита на детектор, фиксируя малейшие изменения его ориентации при приближении образца. Вся конструкция помещена в вакуумную камеру, размеры которой примерно сопоставимы с пищевым контейнером.
Для достижения такой точности потребовалась тщательная комбинация методов подавления шума. Магнитные катушки и демпфирующие системы уменьшают помехи от блуждающих магнитных полей и механических вибраций. «Когда вы работаете на уровне фемтотесла, даже тонкая алюминиевая фольга может создать шум в 100 фемтотесла,» — поясняет Цзи. Для сравнения: поле в 1 фемтотесла в десять миллиардов раз слабее магнитного поля Земли.
«Устройство демонстрирует впечатляющую чувствительность, учитывая простоту своей конструкции, — отмечает Перан Инь, физик из Нанкинского университета. — Это замечательно спроектированный и систематически выполненный эксперимент, полностью изолированный от внешнего шума».
Технология может быть использована в биологии, например, для регистрации магнитных полей, создаваемых мозгом или сердцем. Кроме медицинских применений, исследователи надеются задействовать устройство для поиска темной материи — загадочной массы, которая удерживает галактики от распада, однако ее до сих пор не удавалось зафиксировать ни одним из существующих приборов. Согласно некоторым теориям, темная материя может состоять из гипотетических частиц — так называемых аксионов, которые можно было бы обнаружить по слабому магнитному полю.
Ученые развивают технологии левитации для решения фундаментальных физических задач, и новый магнитометр открывает перед ними дополнительные возможности.
Фото: hi-tech.mail.ru