W 1896 roku, młody fizyk Pieter Zeeman został wylany z pracy za ujawnienie tajemnicy laboratorium, w którym pracował. Pomijając konsekwencje, eksperyment doprowadził do wspaniałego odkrycia, które odmieniło życie Zeemana. W eksperymencie mierzono światło emitowane przez pierwiastki umieszczone w silnym polu magnetycznym. Kiedy Zeeman to zrobił, zauważył że linie widmowe były rozdzielone poprzez pole. W 1902 roku naukowiec otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie nazywane efektem Zeemana.

Rekord czułości w magnetometrze diamentowym, potrafi zmierzyć 100 femto Tesli

Zjawisko to jest bardzo przydatne przy mierzeniu pola magnetycznego z dużej odległości. Na przykład astrofizycy używają tego do zobrazowania zmian pola magnetycznego na Słońcu. Ale może być to również użyte w o wiele mniejszej skali. Teoretycznie efekt ten powinien być obserwowany przy wpływie pola magnetycznego na pojedynczy atom.

Thomas Wolf wraz z kolegami z Uniwersytetu w Stuttgarcie w Niemczech użyli spektra z atomów azotu wbudowanych w diament, żeby zbudować najczulszy magnetometr. Badacze twierdzą, że wkrótce nowe urządzenie będzie w stanie mierzyć pole magnetyczne związane z protonami.

Wielkość miernika zależy od tego, co jest w stanie wykryć, ponieważ pole magnetyczne może się zmienić z powodu objętości miernika. Ważnym zadaniem jest więc stworzenie jak najmniejszych magnetometrów.

Diament jest trójwymiarowym kryształem zbudowanym z węgla. Jednak jeżeli atom węgla w strukturze zostanie zastąpiony atomem azotu, zostaje wyprodukowany dodatkowy elektron. Kiedy ten elektron zostaje pobudzony światłem lasera, zaczyna świecić na częstotliwości zależnej od środowiska. Pole magnetyczne może zmienić tą częstotliwość, zgodnie z efektem Zeemana, sprawiając że azot w diamencie będzie obiecującym magnetometrem.

Ponieważ umieszczenie pojedynczego atomu azotu w diamencie i mierzenie fluorescencji byłoby bardzo trudne, Wolf z kolegami używają całego pakietu atomów azotu w diamencie, zajmujących tylko ułamek milimetra sześciennego. Szacują że taki model zawiera kilka bilionów atomów azotu.

Mimo że miernik jest o wiele większy od pojedynczego atomu, produkuje sygnał fluorescencyjny o wiele łatwiejszy do zmierzenia. To sprawia, że urządzenie nawet takich rozmiarów, jest jednym z najmniejszych istniejących magnetometrów.

Badaczom udało się zmierzyć pole magnetyczne na poziomie 100 femto Tesli. Urządzenie może badać siły pola w małych przestrzeniach, do tej pory niedostępnych, w dodatku w temperaturze pokojowej.

Jednym z celów naukowców jest pomiar pola magnetycznego protonów w wodzie.

 

Tłumaczenie: nikt11
Źródło: technologyreview.com
Magnetometr, rekordowo czuły, diament, azor, laser, efekt Zeemana, Magnetometer, historically sensitive, diamond, azor, laser, Zeeman effect.

Polecane: