Cara Baru Mendeteksi Medan Magnet Secara Bersamaan di Berbagai Arah

• Alat baru menggunakan cacat pusat Nitrogen-Vacancy pada berlian untuk secara bersamaan mendeteksi medan magnet ke arah yang berbeda.
• Ini menciptakan gambar 3D medan magnet secara real-time.
• Teknologi ini dapat dimanfaatkan di berbagai bidang termasuk fisika dan biologi benda terkondensasi.

Penginderaan real-time dari medan magnet vektor dinamis diperlukan dalam berbagai aplikasi magnetometri, seperti navigasi magnetik, deteksi dan pencitraan medan biomagnetik, dan deteksi anomali magnetik.

Magnetometer skalar hanya mampu mengukur besarnya medan magnet, sedangkan magnetometer proyeksi vektor dapat mengukur proyeksi medan magnet sepanjang sumbu tertentu. Tetapi bagaimana jika Anda ingin mengukur medan magnet dalam arah yang berbeda sekaligus.

Baru-baru ini, para peneliti di Universitas Harvard telah mengembangkan alat yang dapat merasakan medan magnet di hampir semua hal, mulai dari sistem materi terkondensasi hingga neuron penembakan. Untuk melakukan ini, alat ini menggunakan salah satu dari berbagai cacat titik pada berlian yang disebut pusat Nitrogen-Vacancy (NV). Ini mampu mendeteksi medan magnet ke arah yang berbeda secara bersamaan.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Para peneliti melakukan wafer berlian kecil berukuran 4 milimeter persegi ke 4 sinyal gelombang mikro yang berbeda. Setiap sinyal dikonfigurasi untuk mengukur orientasi NV tertentu dan dithering (ditambahkan white noise untuk mengurangi distorsi sinyal amplitudo rendah) sesuai dengan pola modulasi frekuensi khusus. Hal ini memungkinkan mereka untuk menganalisis bagaimana orientasi NV individu berperilaku dalam arah medan magnet yang berbeda.

Sampai sekarang, ini merupakan proses yang membosankan dan memakan waktu dari transisi reguler antara frekuensi gelombang mikro untuk mengamati respon orientasi NV tunggal pada suatu waktu. Alat baru ini menunjukkan peningkatan yang signifikan dari metodologi sebelumnya.

Teknik lama tidak bekerja untuk proses cepat seperti medan biomagnetik yang dihasilkan oleh neuron yang ditembakkan. Itu tidak akan dapat menangkap semua informasi, tetapi teknik baru dapat mengukur medan magnet di berbagai arah pada waktu yang sama.

Dalam studi ini, peneliti mengumpulkan aliran data terus menerus dari berlian karena medan magnet berfluktuasi. Alat baru ini dapat memproses data ini lebih cepat daripada mengumpulkannya, memungkinkan peneliti mengamati amplitudo dan arah medan magnet secara real-time.

Referensi:APSFisika | doi:10.1103/PhysRevApplied.10.034044 | The Harvard Gazette

Sistem ini dibangun berdasarkan penelitian sebelumnya yang menggunakan pusat Kekosongan Nitrogen berlian untuk mengidentifikasi sinyal saraf pada cacing laut. Itu hanya bukti prinsip. Sistem ilmu saraf yang efektif harus kompatibel dengan neuron mamalia, tetapi karena neuron yang menembakkan menghasilkan medan magnet yang diselaraskan ke berbagai arah, membuat sistem seperti itu cukup sulit. Namun, alat yang baru dikembangkan ini menangani semua masalah penginderaan magnetik neuron ini.

Mengapa Mereka Menggunakan Pusat Kekosongan Nitrogen?

Untuk tugas ini, pusat NV diatur dengan sempurna dalam kisi berlian. Setiap pusat NV dibuat dengan mengganti satu atom karbon dengan atom nitrogen dan kekosongan yang berdekatan. Karena setiap atom dihubungkan dengan 4 atom lainnya, ada 4 kemungkinan orientasi NV, masing-masing sensitif terhadap medan magnet yang berorientasi pada arah itu. Dengan demikian, seseorang dapat menggunakan 4 jenis pusat NV untuk menentukan arah medan magnet.

Hormat peneliti 

Dalam percobaan ini, peneliti menempatkan wafer berlian di medan magnet (diproduksi di laboratorium) dan memproyeksikan sinar laser di atasnya, menyebabkan mineral bersinar. Saat pusat NV bereaksi terhadap perubahan medan magnet dan pola modulasi frekuensi yang unik, kecerahan pusat NV berubah secara signifikan.

Para peneliti melacak perubahan kecerahan dan menciptakan gambar 3D dari medan magnet. Sekarang dimungkinkan untuk mengamati semua 4 orientasi NV secara bersamaan dan menentukan medan magnet secara real time. Ini seperti mendengarkan 4 saluran radio yang berbeda pada saat yang sama dan semuanya masuk akal bersama-sama.

Baca:Medan Magnet Berdenyut Dalam Ruangan Terkuat yang Pernah Dihasilkan

Meskipun ini merupakan peningkatan kecil dari apa yang dilakukan ilmuwan lain, penulis percaya bahwa teknologi mereka dapat digunakan di berbagai bidang, termasuk fisika dan biologi benda terkondensasi.