Международная группа исследователей под общим руководством Институтом прикладной физики твердого тела им. Фраунгофера (IAF) в Германии разработала лазерный алмазный датчик, который может измерять магнитные поля в 10 раз точнее, чем стандартные методы. Об этом сообщает интернет-издание Interesting Engineering (IE). Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Измерения магнитного поля сегодня широко используются в области медицины. 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, с развитием медицинских технологий появляется возможность также измерять магнитные поля, создаваемые электрическими токами внутри нашего мозга. Используя технику, называемую магнитоэнцефалографией (МЭГ), клиницисты теперь могут картировать активность в мозге и искать места, которые могут быть источником эпилептических припадков, или обнаруживать неисправные нейроны во время нормальной активности мозга.
Хотя такие технологии, как МЭГ, являются благом для медицинского сообщества, установка и эксплуатация этих машин представляет собой серьезную проблему. Прибор, который может измерять магнитное поле, стоит дорого и занимает всю комнату, требующую магнитного экранирования. Также требуются сверхнизкие температуры, чтобы гелий, используемый в приборе, оставался в жидком состоянии. Самое сложное, это требует, чтобы пациент оставался абсолютно неподвижным во время проведения этих измерений.
Исследователи из австралийского Королевского Мельбурнского технологического института (RMIT) сотрудничали с Институтом прикладной физики твердого тела Фраунгофера (IAF) в Германии, чтобы найти способы улучшить обнаружение этих волн за счет использования лазера на основе алмаза.
Алмазы уже давно являются частью инструментов, используемых сегодня для измерения магнитного поля. Интенсивность света, исходящего от квантовых дефектов алмаза, изменяется в зависимости от силы магнитного поля. Но ученые обнаружили, что большая часть света, излучаемого алмазом, теряется.
Преобразовав этот свет в лазерный луч, исследователи смогли собрать его весь, что привело к 10-кратному увеличению точности обнаружения магнитного поля. Прибор, на создание работоспособной клинической версии которого может уйти до пяти лет, будет полезен для выявления ранних признаков таких заболеваний, как деменция, болезнь Альцгеймера и эпилепсия.
В новом исследовании применялся высокоточный лазерный резонатор, содержащий сильно легированные отрицательно заряженные центры азотных вакансий и слабопоглощающую алмазную усиливающую среду, которая накачивается при 532 нм и резонансно затравливается при 710 нм. Это позволяет увеличить мощность сигнала на 64% за счет вынужденного излучения.
Исследователи предполагают, что новый инструмент MЭГ, изготовленный из лазерного резонатора на основе алмаза, будет намного компактнее, чем сегодняшние инструменты. При необходимости его можно будет сделать даже портативным, чтобы пациенты могли практически применять новый МЭГ не в статике, а на фоне повседневной деятельности. Поскольку для прибора не требуется жидкий гелий, он будет работать и при комнатной температуре.