Η ανίχνευση εξαιρετικά ασθενών μαγνητικών πεδίων είναι σημαντική για εφαρμογές όπως η καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας, η παρακολούθηση της καρδιάς και η μελέτη θεμελιωδών φαινομένων της φυσικής. Μέχρι σήμερα, τέτοιες μετρήσεις συχνά απαιτούσαν ογκώδη και ακριβά συστήματα, ειδική ψύξη ή θωρακισμένους χώρους.
Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Science», ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου και το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Μάιντς ανέπτυξαν έναν μικροσκοπικό μαγνητικό αισθητήρα που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου.
Η συσκευή περιλαμβάνει έναν μόνιμο μαγνητικό δίσκο μικρότερο από κόκκο ρυζιού, ο οποίος αιωρείται μέσα σε γυάλινο θάλαμο κενού. Μαγνήτες πάνω από τον θάλαμο έλκουν τον δίσκο προς τα πάνω, ενώ μια πλάκα από γραφίτη από κάτω παρέχει απωστική δύναμη και συμβάλλει στη σταθεροποίησή του.
Η κίνηση του μαγνήτη γίνεται σήμα
Ο αιωρούμενος μαγνήτης λειτουργεί ως αισθητήρας. Όταν ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο τον προκαλεί να γείρει, μια συνεχής δέσμη λέιζερ ανακλάται από την επιφάνειά του και μετακινείται. Ένας ανιχνευτής καταγράφει αυτή τη μεταβολή και τη μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα.
Επειδή ο μαγνήτης δεν ακουμπά σε μηχανικά στηρίγματα, περιορίζονται οι κραδασμοί και ο μηχανικός θόρυβος που επηρεάζουν συμβατικούς αισθητήρες.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συσκευή δημιουργώντας ελεγχόμενα ασθενή μαγνητικά πεδία με ηλεκτρικά πηνία. Η ευαισθησία έφτασε τα 32 femtotesla ανά τετραγωνική ρίζα του Hertz.
Μείωση του θερμικού θορύβου
Ιδιαίτερη σημασία είχε και η αντιμετώπιση του θερμικού μαγνητικού θορύβου, γνωστού ως θόρυβος Johnson. Η θερμότητα προκαλεί τυχαίες κινήσεις ηλεκτρικών φορτίων στα υλικά, δημιουργώντας ένα υπόβαθρο που μπορεί να καλύψει εξαιρετικά ασθενή σήματα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν σκόνη γραφίτη ενσωματωμένη σε εποξική ρητίνη για την κάτω πλάκα, μειώνοντας τον θερμικό μαγνητικό θόρυβο περισσότερο από 70%.
Το μικρό μέγεθος, η λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου και η δυνατότητα λειτουργίας μέσα στο φυσικό μαγνητικό πεδίο της Γης θα μπορούσαν να καταστήσουν την τεχνολογία χρήσιμη για βιολογικές και χημικές μετρήσεις, αλλά και για έρευνα θεμελιώδους φυσικής.
