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De meilleures sondes pour la formation image médicale, détection de contrebande

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Les chercheurs de MIT ont développé un nouveau, ultra-sensible détecteur de champ magnétique qui est 1.000 fois plus de rendement optimum que ses prédécesseurs

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Il pourrait mener aux dispositifs miniaturisés et à piles pour la formation image médicale et de matériaux, à la détection de contrebande, et même à l'exploration géologique.

Des détecteurs de champ magnétique, ou les magnétocompteurs, sont déjà utilisés pour toutes ces applications. Mais les technologies existantes ont des inconvénients : Certains se fondent sur les chambres pleines de gaz ; d'autres fonctionnent seulement dans les bandes de fréquence étroites, limitant leur utilité.

Diamants synthétiques avec des vacances d'emploi d'azote (NVs) ? défauts qui sont extrêmement sensibles aux champs magnétiques ? ayez la promesse de longue date comme base pour les magnétocompteurs efficaces et portatifs. Un morceau de diamant au sujet d'un-vingtième la taille d'un ongle du pouce a pu contenir des trillions des vacances d'emploi d'azote, chacune capable d'effectuer sa propre mesure de champ magnétique.

Le problème avait agrégé toutes ces mesures. Le sondage d'une offre d'emploi d'azote exige zapping l'avec la lumière laser, qu'elle absorbe et re-émet. L'intensité de la lumière émise diffuse des informations sur l'offre d'emploi ? état magnétique de s.

? Dans le passé, seulement une petite fraction de la lumière de pompe a été employée pour exciter une petite fraction du NVs ? dit Dirk Englund, l'assistant de développement de la vie professionnelle de Jamieson dans l'électrotechnique et de l'informatique et un des concepteurs du nouveau dispositif. ? Nous nous servons de presque toute la lumière de pompe pour mesurer presque tout les NVs. ?

Les chercheurs de MIT rapportent leur nouveau dispositif dans la dernière question de la physique de nature. Le premier auteur sur le papier est Hannah Clevenson, un étudiant de troisième cycle dans l'électrotechnique qui est conseillée par l'aîné Englund auteurs et Danielle Braje, un physicien au laboratoire de MIT Lincoln. Ils ? re jointif par Englund ? étudiants Matthew Trusheim et Carson Teale (qui de s ? s également au laboratoire de Lincoln) et par Tim Schröder, un postdoc dans le MIT ? laboratoire de recherche de s de l'électronique.

Dire l'absence

Un diamant pur est un trellis des atomes de carbone, qui mettent ? t interactif avec des champs magnétiques. Une offre d'emploi d'azote est un atome absent dans le trellis, à côté d'un atome d'azote. Les électrons dans l'offre d'emploi font interactif avec des champs magnétiques, qui est pourquoi elles ? utile re pour la détection.

Quand une particule légère ? un photon ? frappe un électron dans une offre d'emploi d'azote, il la donne un coup de pied dans un état de plus haute énergie. Quand l'électron tombe en arrière vers le bas dans son état d'énergie original, il peut libérer son énergie excessive en tant qu'autre photon. Un champ magnétique, cependant, peut renverser l'électron ? orientation magnétique de s, ou rotation, augmentant la différence entre ses deux états d'énergie. Plus le champ est fort, plus les rotations qu'il renversera, changeant l'éclat de la lumière émise par les vacances d'emploi.

La fabrication des mesures précises avec ce type de morceau exige le rassemblement autant de de ces photons comme possible. Dans des expériences précédentes, Clevenson indique, les chercheurs ont souvent excité les vacances d'emploi d'azote en dirigeant la lumière laser sur la surface du morceau.

? Seulement une petite fraction de la lumière est absorbée ? elle dit. ? La plupart passe juste directement par le diamant. Nous gagnons un énorme avantage en ajoutant cette facette de prisme au coin du diamant et en couplant le laser dans le côté. Toute les lumière que nous mettons dans le diamant peut être absorbée et est utile. ?

Couvrir les bases

Les chercheurs ont calculé l'angle auquel l'à rayon laser devrait entrer dans le cristal de sorte qu'il reste confiné, rebondissant outre des côtés ? comme une boule de sélection inlassable ricochant autour d'une table de piscine ? dans un modèle qui enjambe la longueur et la largeur du cristal avant que toute son énergie soit absorbée.

? Vous pouvez obtenir près d'un mètre dans la longueur de trajet ? Englund indique. ? Il ? s comme si vous avez fait envelopper une mètre-longue sonde de diamant dans quelques millimètres. ? Par conséquent, le morceau utilise le laser de pompe ? l'énergie de s 1.000 fois plus efficacement que ses prédécesseurs a fait.

En raison de la géométrie des vacances d'emploi d'azote, les photons re-émis émergent à quatre angles distincts. Un objectif à une extrémité du cristal peut rassembler 20 pour cent de eux et les focaliser sur un détecteur léger, qui est assez pour rapporter une mesure fiable.

? Il est très gentil travailler des centres de nanovolt avec ? dit Frank Narducci, un physicien aux systèmes pneumatiques navals des États-Unis commandent. ? Vous avez juste ce petit échantillon à semi-conducteur. Vous mettez ? t doivent faire n'importe quoi à lui. Vous mettez ? t doivent le mettre dans un vide. Vous mettez ? t doivent cryogénique le refroidir. Pour les obtenir ont excité, vous peuvent juste utiliser un laser vert ? un indicateur de laser est assez bon. Vous mettez ? t avoir quelque chose doivent-elles la superbe-fantaisie de la manière des lasers stabilisés. ?

? Ce qui ? s frais au sujet de ceci est qu'ils ? le Re utilisant l'échantillon lui-même aiment un peu un guide d'ondes, pour rebondir la lumière autour ? il continue. ? Leur échantillon est tout à fait petit. Puisque le doesn de laser ? t doivent être quelque chose en particulier special, celui pourrait être petit, aussi. Ainsi vous pourriez envisager les magnétocompteurs très petits. Et également, vous pourriez les rendre très bon marché. ?

? D'une perspective de marine ? il ajoute ? nous parlons des magnétocompteurs jetables beaucoup, où vous pourriez voler au-dessus d'une certaine région de l'océan et vous voulez faire quelques mesures, ainsi de vous juste jet par poignée de ces derniers dehors. Si vous obtenez vraiment à un magnétocompteur de haut-sensibilité cela ? s vraiment bon marché, cela serait une demande vraiment bonne de lui. ?