Конденсация бозе-эйнштейна в сверххолодных газах позволила создать сверхчувствительный магнетометр

Несколько физиков из Университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley) создали устройство, которое способно измерять магнитные поля с до сих пор недостижимой точностью.

Подобные устройства употребляются в разных областях, от геологии до полупроводниковой индустрии. Одним из преимуществ нового устройства есть возможность измерять низкочастотные поля (в частности, в мозге человека) с пространственным разрешением и великолепной точностью.

Для нового прибора исследователям пригодилось охладить газ атомов рубидия до температуры 50 наноКельвин (всего на 50 миллионных долей градуса выше полного нуля), при которой в газе происходит Бозе-Эйнштейновская конденсация. Конденсат есть квантовой жидкостью, которая есть одновременно сверхтекучей и магнитной.

Делая «снимки» газа и исследуя его магнитные особенности, исследователи смогли в течение 0.25 секунды измерений детектировать магнитные поля с индукцией всего 1 пикоТесла, что в 50 миллионов раз не сильный магнитного поля Почвы. Но главным достижением есть кроме того не столько чувствительность способа, сколько пространственное разрешение, которое образовывает всего 10х10 микрон.

Тогда как первые Бозе-Эйнштейновские конденсаты, полученные в 1995 году, удерживались в магнитных ловушках для избежания нагрева от стенок сосуда, для Бозе-Эйнштейновского магнетометра исследователи применяли «оптическую ловушку», создаваемую маломощным лазерным излучением. Наряду с этим атомы конденсата оказываются способны реагировать на очень не сильный магнитные поля. В магнитном поле спин атома начинает прецессировать (подобно волчку), и по частоте данной прецессии возможно выяснить напряжённость внешнего поля.

Главным элементом нового магнетометра есть метод получения «снимков» магнитного состояния – ориентации спинов атомов сверххолодного газа. Снимки делаются с высокой частотой, по окончании чего из взятого «фильма» вычисляются частоты прецессии спинов. А потому, что атомы при таковой температуре фактически неподвижны, прецессия каждого из них определяется локальным магнитным полем, что и дает возможность приобрести пространственную картину магнитного поля.

Не смотря на то, что кое-какие совокупности, к примеру, спин-поляризованные атомарные газы, и разрешают добиться большей чувствительности, в таких «тёплых» совокупностях атомы скоро пробегают через всё устройство (имеющее размеры порядка сантиметра), так что пространственное разрешение таких устройств существенно ниже, чем у Бозе-Эйнштейновского магнетометра.

Самые прецизионные из существующих медицинские магнетометров – SQUID (Superconducting QUantum Interference Device) – основаны на явлении квантовой интерференции. Их чувствительность достигает порядка 30 пТл, а время измерения образовывает порядка секунды. Созданное группой из Беркли устройство уже достигло либо превзошло теоретические пределы, достижимые для SQUID-детекторов, и наряду с этим вероятно его предстоящее усовершенствование.

Быть может, с возникновением Бозе-Эйнштейновских магнетометров меньших сложности и размеров, они вытеснят современные устройства из многих областей приложений, например, связанных с измерением полей в мозге, где нужна хорошая чувствительность на низких частотах и высокое пространственное разрешение.

Василий Артюхов

Случайные записи:

• В россии разработаны дорожные знаки для беспилотных автомобилей
• На открывшемся в томске форуме молодых ученых u-novus состоялось подписание соглашения о сотрудничестве в сфере инновационного развития

Конденсат Бозе Эйнштейна (рассказывает физик Сергей Демокритов)

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Новые материалы позволят создать электронные устройства, которые по команде распадутся или растворятся не оставляя следа

  В то время, когда дело касается бытовой электроники любого класса, простой либо портативной, пользователи ценят выше всего долговечность и надёжность…

• Создан сверхбыстрый графеновый транзистор

  Эксперты Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM (США) сконструировали графеновый полевой транзистор с расчетной граничной частотой 100…

• Созданы ячейки новой магнитной памяти, способные переключаться с рекордно высокой скоростью при помощи импульсов света

  Несколько исследователей из университета Миннесоты создала структуру и создала опытные образцы магнитного туннельного перехода, состояние которого…

• На основе графена создан сверхчувствительный датчик массы

  Эксперты из Колумбийского университета (США) сконструировали наномеханический резонатор из подвешенного графена. Резонансная частота колебаний…