Ученые разработали лазер

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Многонациональные совместные усилия привели к открытию нового лазерного алмазного датчика, который может измерять магнитные поля в 10 раз лучше, чем те инструменты, которые делают сегодня, говорится в пресс-релизе университета.

Измерения магнитного поля сегодня широко используются в медицине. Магнитно-резонансная томография (МРТ), которая сочетает в себе использование магнита и радиоволн для изучения органов и структур внутри тела, стала важным инструментом для исследования головного и спинного мозга и поиска ранних признаков заболеваний.

С другой стороны, благодаря достижениям в области медицинских технологий мы теперь можем также измерять магнитные поля, создаваемые электрическими токами внутри нашего мозга. Используя метод, называемый магнитоэнцефалографией (МЭГ), врачи теперь могут картировать активность мозга и искать места, которые могут быть источником эпилептических припадков, или выявлять неправильно функционирующие нейроны во время нормальной деятельности мозга.

Хотя такие технологии, как MEG, являются благом для медицинского сообщества, установка и эксплуатация этих машин является серьезной проблемой. Прибор, который может измерять магнитное поле, стоит дорого и занимает всю комнату, требующую магнитного экранирования. Также необходимы сверхнизкие температуры, чтобы гелий, используемый в приборе, оставался в жидком состоянии. Самое сложное — во время проведения измерений пациент должен оставаться абсолютно неподвижным.

Исследователи из Королевского Мельбурнского технологического института (RMIT) в сотрудничестве с Институтом прикладной физики твердого тела Фраунгофера (IAF) в Германии искали способы улучшить обнаружение этих волн и обнаружили, что алмаз, используемый для этого обнаружения, может быть улучшен еще больше.

Алмазы являются частью инструментов, используемых сегодня для измерения магнитного поля. Интенсивность света, исходящего от квантовых дефектов алмаза, меняется в зависимости от силы магнитного поля. Однако исследователи обнаружили, что большая часть света, который излучает алмаз, теряется.

Преобразовав этот свет в лазер, исследователи смогли собрать его весь, и это привело к 10-кратному увеличению обнаружения магнитного поля.

Исследователи предполагают, что инструмент МЭГ, изготовленный из алмаза, излучающего лазер, будет намного меньше, чем сегодняшние инструменты, и при необходимости его можно будет сделать портативным. Вместо того, чтобы сидеть на месте, пациенты могли практически ходить с МЭГ, разработанным с использованием этой новой технологии. Поскольку прибору не требуется жидкий гелий, он будет работать и при комнатной температуре.

Прибор, на создание которого может уйти до пяти лет, будет полезен для выявления ранних признаков таких заболеваний, как деменция, болезнь Альцгеймера и эпилепсия.

Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Science Advances.

Абстрактный

Отрицательно заряженные азотно-вакансионные (NV) центры в алмазе являются перспективными квантовыми сенсорами магнитного поля. Теория лазерной пороговой магнитометрии предсказывает улучшение чувствительности ансамбля NV-центров за счет увеличения силы сигнала и контраста магнитного поля. Здесь мы экспериментально демонстрируем лазерную пороговую магнитометрию. Мы используем макроскопический высокоточный лазерный резонатор, содержащий алмазную усиливающую среду с высокой степенью NV-легирования и низким поглощением, которая накачивается при длине волны 532 нм и резонансно затравливается при длине волны 710 нм. Это обеспечивает усиление мощности сигнала на 64% за счет стимулированного излучения. Мы проверяем зависимость усиления от магнитного поля и, таким образом, демонстрируем зависимое от магнитного поля стимулированное излучение из ансамбля NV-центров. Это излучение демонстрирует сверхвысокий контраст 33% и максимальную выходную мощность в милливаттном режиме. Когерентное считывание NV-центров открывает путь к новым резонаторным и лазерным применениям квантовых дефектов и алмазных NV-датчиков магнитного поля со значительно улучшенной чувствительностью для секторов здравоохранения, исследований и горнодобывающей промышленности.