SciAdv: Состоялась первая успешная демонстрация двухмедийной NV-лазерной системы

Измерение крошечных магнитных полей, таких как мозговые волны, открывает новые возможности для диагностики и лечения.

Исследовательская группа под руководством доктора Яна Йеске в Fraunhofer IAF работает над новым методом точных измерений магнитного поля — лазерная пороговая магнитометрия. Они объединили NV-алмаз и лазерный диод в резонаторе и создали сенсорную систему с двумя активными средами.

Эта выдающаяся работа опубликована в журнале Science Advances и представляет собой значительный прогресс в финансируемом BMBF исследовательском проекте NeuroQ.

Квантовые датчики на основе центров вакансий азота в алмазе широко используются для точных измерений магнитного поля при комнатной температуре.

Лазерная пороговая магнитометрия — новый метод измерения чрезвычайно низких магнитных полей от фемтотесла до пикотесла. LTM позволяет проводить измерения с большим диапазоном без подавления фоновых полей. Это делает лазерную пороговую магнитометрию полезной для медицинских приложений, таких как измерение биомагнитных сигналов мозга или сердца.

Принцип лазерной пороговой магнитометрии

Принцип LTM был подробно изучен в теории. Исследователи из Института прикладной физики твердого тела Фраунгофера IAF работают над созданием первого лазерного порогового магнитометра.

Лазер на основе NV-центров будет реагировать на магнитные поля, что позволит получить точную информацию о силе и направлении магнитного поля. Поскольку вблизи лазерного порога магнитные поля оказывают сильное влияние на сигнал, их можно очень точно измерить в этой точке. Лазерные сигналы точнее и имеют более широкий динамический диапазон по сравнению с флуоресцентным светом.

В 2022 году исследователи из Fraunhofer IAF показали, как можно усилить свет NV-центров с помощью магнитного поля. Но пока не получилось достичь лазерного порога NV-центров из-за внешнего лазерного источника.

Первая демонстрация лазерного порога

Исследователи объединили NV-алмаз с лазерным диодом в оптическом резонаторе. Это позволило им впервые показать, как система включает или выключает лазер в зависимости от накачки NV-центров.

Учёные совершили прорыв в развитии лазерной пороговой магнитометрии. На этой основе могут быть созданы датчики с контрастностью до 100 процентов, сильными световыми сигналами и широким диапазоном измерения магнитного поля. Об этом рассказал доктор Ян Йеске, исследователь квантовых сенсорных технологий в Fraunhofer IAF.

Лукас Линднер работает над проектом NeuroQ, который финансируется Федеральным министерством образования и научных исследований Германии (BMBF). Цель проекта — создать лазерный пороговый магнитометр для нейронных коммуникационных интерфейсов.

Сейчас команда работает над развитием инновационной системы NV-алмазного лазера и повышением её чувствительности.

08.10.2024