پژوهش‌گران به مغناطیس‌سنج‌های نقص-الماس جدیدی دست یافته‌اند که قادرند به شکل همزمان تمامی مولفه‌های فضایی یک میدان مغناطیسی را معین کنند؛ چیزی‌که به کاهش چهاربرابری زمان اندازه‌گیری منجر می‌شود.

حالت اسپینیِ یک نقص الماسی که به مرکز جای‌خالی-نیتروژن (NV) معروف است، نسبت به میدان مغناطیسی بسیار حساس است. از مراکز NV می‌توان به عنوان مغناطیس‌سنج‌های کوچک استفاده کرد. با این حال برای آشکارسازی هر مولفه‌ی یک میدان مغناطیسی اندازه‌گیری‌های متوالی لازم است؛ چیزی‌که استفاده از این قطعات را محدود می‌سازد. اکنون رونالد والس‌ورث (Ronald Walsworth) از دانشگاه هاروارد و همکارانش یک مغناطیس‌سنج مرکز-NV ایجاد کرده‌اند که تمامی سه مولفه‌ی میدان مغناطیسی را همزمان اندازه می‌گیرد. این قطعه‌ی جدید ۴ برابر سریع‌تر از مغناطیس‌سنج‌های الماس-نقصِ موجود عمل می کند و می‌تواند میدان‌هایی با شدت ۲ برابر کوچک‌تر را نیز اندازه‌گیری کند.

وقتی یک مرکز NV در میدانی مغناطیسی قرار می‌گیرد، سطوح انرژي الکترونی آن جابجا می‌شوند. این جابجایی سبب می‌شود تا این مرکز، وقتی با یک لیزر و یک سیگنال میکروموج تحریک می‌شود، تعداد فوتونِ متفاوتی را گسیل کند. پژوهش‌گران برای نقشه‌برداری از یک میدان سه بعدی به چندین مرکز NV نیاز دارند که همگی در جهات مختلفی جهت‌گیری کرده‌اند. اما تنها راه برای سواکردن این مراکز آن است که هرکدام به شکل مجزا مورد بررسی قرار گیرند.

والس‌ورث و همکارانش راهی را برای تمیزدادن این مراکز یافته‌اند. آن‌ها هر مرکز را با یک سیگنال میکروموجی که فرکانسش مدوله‌شده تحریک کرده‌اند که باعث می‌شود تعداد فوتون‌های گسیل شده از آن مرکز با فرکانس الگوی مدوله‌شده افت‌وخیز کند. این الگوها اجازه می‌دهند تا گسیل از هر مرکز تمیز داده شده و مولفه‌های فضایی یک میدان مغناطیسی را اندازه بگیرند.

این تیم با استفاده از روش‌شان از یک میدان مغناطیسی در هر ۴۰ میکروثانیه نمونه‌برداری کرده‌اند. این مقیاس زمانی بیشتر از دوبرابر سریع‌تر از آن چیزی است که برای ردیابی افت‌وخیرهای میدانی در نورون‌ها و سلول‌های قلبی لازم است. به گفته‌ی این تیم روش‌ آن‌ها می‌تواند به شکل بالقوه‌ای در مانیتورینگ زمان-واقعی این سیستم‌ها بکار برده شود.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

درباره‌ی نویسنده:

کریستوفر کروکت (Christopher Crockett) نویسنده‌ی آزاد در آرلینگتونِ ویرجینیا است.

منبع:

A Faster Diamond Magnetometer