Převratný senzor: Miniaturní plovoucí magnet detekuje slabá magnetická pole při pokojové teplotě pro medicínu i vědu

Vědci vyvinuli miniaturní plovoucí magnet, který dokáže detekovat extrémně slabá magnetická pole při pokojové teplotě. Měření takto jemných signálů je klíčové v mnoha oblastech, od mapování mozkové aktivity a monitorování srdce až po zkoumání základní fyziky.

Vědci vyvinuli miniaturní plovoucí magnet, který dokáže detekovat extrémně slabá magnetická pole při pokojové teplotě. Měření takto jemných signálů je klíčové v mnoha oblastech, od mapování mozkové aktivity a monitorování srdce až po zkoumání základní fyziky. Dosud však takové úkoly vyžadovaly drahé a objemné vybavení, jako jsou chladicí nádrže s tekutým heliem nebo speciálně stíněné místnosti, které blokují magnetické pole Země. Nový objev publikovaný v časopise Science představuje praktičtější a dostupnější řešení.

Tým výzkumníků vytvořil magnetometr, který se skládá z malého permanentního magnetického disku, menšího než zrnko rýže, levitujícího uprostřed skleněné vakuové komory. Horní soustava magnetů disk táhne vzhůru proti gravitaci, zatímco grafitová deska pod ním poskytuje odpudivou sílu a pomáhá jej stabilizovat. Tento levitující magnet slouží jako senzor, který reaguje na vnější magnetická pole. Když vnější magnetické pole způsobí jeho naklonění, nepřetržitě svítící laserový paprsek se odrazí od jeho povrchu a změní svou polohu. Světelný detektor pak zaznamená tuto změnu a převede pohyb na elektrický signál. Díky tomu, že magnet plave bez jakéhokoli kontaktu, je eliminována většina mechanického šumu, který ovlivňuje konvenční senzory.

Pro otestování senzoru vědci použili drátěné cívky kolem skleněné komory, kterými pouštěli elektrické proudy k vytvoření slabých umělých magnetických polí o známých silách. Zařízení se ukázalo jako pozoruhodně citlivé, dosahující citlivosti 32 femtotesel na odmocninu Hertze. Dalším významným pokrokem je výrazné snížení tepelného magnetického šumu, známého také jako Johnsonův šum. Ten vzniká, když teplo způsobuje náhodný pohyb elektrických nábojů v okolních materiálech, což vytváří magnetický šum, který maskuje slabé signály. Vědci snížili tento šum o více než 70 % tím, že spodní desku vyrobili z grafitového prášku vázaného v epoxidu.

Tento nový design magnetometru nabízí praktičtější alternativu k současným zařízením. Jeho kompaktní velikost a schopnost fungovat při pokojové teplotě a v zemském magnetickém poli znamenají, že může být používán mimo specializované laboratoře. Tyto vlastnosti jej činí vhodným pro širokou škálu aplikací, včetně biologického a chemického snímání a základního fyzikálního výzkumu, čímž otevírá nové možnosti pro vědecké objevy a technologický pokrok.