Polscy badacze odkryli jak precyzyjnie mierzyć pole magnetyczne

pole magnetyczne

Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego w unikalny sposób wykorzystali nanodiamenty i światłowody do precyzyjnego pomiaru pól magnetycznych. Ich wynalazek może znaleźć zastosowanie m.in. w biotechnologii, spintronice, technologiach kwantowych.

Jak mierzyć pole magnetyczne?

.Zespół z Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki na łamach pisma „Sensors and Actuators A: Physical” przedstawił nowatorski system precyzyjnego pomiaru pola magnetycznego. W swoim pomyśle badacze wykorzystują specjalny rodzaj diamentów i nietypowe światłowody.

Jak wyjaśniają, optyczne pomiary magnetyzmu oferują dokładność nieosiągalną innymi metodami, a co więcej – działają nawet w obecności silnego tła, np. pola magnetycznego Ziemi.

„Magnetometria za pomocą diamentu już znalazła zastosowanie, ale przyrządy, które taki pomiar realizują – mikroskopy konfokalne – są skomplikowanymi i najczęściej drogimi urządzeniami, co ogranicza ich zastosowanie do warunków laboratoryjnych. Mimo to zastosowania te są niezwykle atrakcyjne – możliwy jest np. pomiar rozkładu pola magnetycznego (który w prosty sposób przekłada się na pomiar temperatury) wewnątrz pojedynczych żywych komórek, albo w układach scalonych wykorzystujących tzw. spintronikę i technologie kwantowe” – o tego typu metodach opowiada jeden z autorów nowej publikacji, prof. Mariusz Klimczak.

Diamenty i światłowody

.Nowość polega na połączeniu specjalnych diamentów zawierających centra barwne NV i światłowodów antyrezonansowych.

„Centra barwne NV, inaczej azot-wakancja, to takie defekty sieci krystalicznej diamentu, w których miejsce jednego atomu węgla w tej sieci zajmuje atom azotu, a miejsce obok pozostaje puste (tzw. „wakancja” albo „wakans”). W zależności od ilości elektronów wokół centrum NV, może ono mieć ładunek obojętny, dodatni lub ujemny(-). Najistotniejszą cechą centrów barwnych NV(-) jest to, że pewne charakterystyki ich emisji czerwonego światła zależą od pola magnetycznego, w jakim znajduje się diament” – wyjaśnia naukowiec.

Światłowody rezonansowe to natomiast takie transmitujące światło włókna, których rdzeń – zamiast zawierać szkło – jest pusty. Otacza go płaszcz z bardzo cienkich szklanych membran.

„Zaledwie kilka grup na świecie potrafi wytwarzać światłowody antyrezonansowe z rdzeniem powietrznym (np. brytyjski University of Southampton czy University of Bath, jest jeszcze garstka grup z Francji, Niemiec i Chin). Te zastosowane w naszych badaniach powstały w naszej grupie w Warszawie” – podkreśla prof. Klimczak.

Jego zespół na wewnętrznej ściance takich światłowodów umieszcza reagujące na pole magnetyczne i wpływające na transport światła diamentowe nanodrobiny. Układ złożony z takich światłowodów może nie tylko mierzyć siłę pola magnetycznego, ale także jego gradient, czyli zmiany w przestrzeni.

„Wyniki te uzyskaliśmy w warunkach laboratoryjnych, którym daleko do praktycznego zastosowania np. przez specjalistów jakiejś dziedziny elektroniki czy biotechnologii. Niemniej jednak pokazują one nowy potencjał unikatowych światłowodów, dotychczas poważniej rozważanych jedynie w dość niszowych aplikacjach telekomunikacyjnych” – zwraca uwagę naukowiec.

Badania naukowe zmieniają świat

.Profesor nauk technicznych i wiceprzewodniczący Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC), Andrzej JAJSZCZYK, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu. Dzięki badaniom naukowym nie tylko wiemy, jak żyli nasi przodkowie tysiące lat temu, ale także, jak funkcjonują rynki i co wpływa na nasze zbiorowe działania. Nauka służy także zaspokajaniu naszej zwykłej, ludzkiej ciekawości, przy okazji pozwalając odkrywać rzeczy, które dają szanse na zmianę naszego życia na lepsze. Co prawda nie zawsze chcemy czy umiemy skorzystać z tego, co nam podpowiada nauka, ale w krajach, które to potrafią, żyje się na ogół znacznie lepiej niż tam, gdzie badania naukowe się lekceważy”.

„Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami. Współczesne badania naukowe obejmują praktycznie wszystkie obszary naszej egzystencji, a liczba osób uprawiających obecnie naukę, jak twierdzą niektórzy, jest większa niż sumaryczna liczba uczonych żyjących od starożytności do czasów współczesnych” – pisze prof. Andrzej JAJSZCZYK w tekście „Badania naukowe zmieniają nasz świat„.

PAP/Marek Matacz/WszystkocoNajważniejsze/eg

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 13 kwietnia 2023