Розроблено новий мікродатчик слабких магнітних полів, здатний вловити магнітне поле серця.
Реєструвати і вимірювати магнітне поле необхідно в абсолютно різних областях людської діяльності: зберіганні інформації, геологорозвідці, медицині тощо. У деяких випадках, наприклад, при магнітокардіографії - дослідженні діяльності серця по його магнітному полю, що виникає через біоелектричні процеси, і магнітотомографії доводиться мати справу з дуже слабкими магнітними полями, в мільйон разів менше магнітного поля Землі.
В даний час найбільш чутливими і надійними сенсорами магнітного поля служать надпровідні квантові пристрої СКВИД, що вимагають для своєї роботи охолодження до вкрай низьких температур, близько 4 К (-269 градусів Цельсія). Крім складнощів у забезпеченні їх роботи, вони мають ще один недолік - досить великі розміри, через що їх важко націлити на певну точку, або, як кажуть фахівці, локалізувати.
Фізики МДУ іМ. В. Ломоносова у співпраці з БФУ ім. І. Канта і Toyohashi University of Technology (Японія) розробили новий магнітооптичний метод детектування слабких магнітних полів з використанням так званого магнітоплазмонного кристала. Результати роботи вони опублікували в журналі Scientific Reports (Nature Publishing Group).
Магнітооптичні методи вимірювання магнітних полів застосовуються досить давно, але в основному для вимірювання сильних і надсильних магнітних полів через слабкість всіх магнітооптичних ефектів, зокрема, магнітооптичного ефекту Керра. Він полягає в тому, що лінійно поляризоване світло при відбитті від поверхні намагниченого матеріалу набуває еліптичної поляризації. Це призводить до того, що намагніченість змінює коефіцієнт відбиття світла і його фазу.
З точки зору розглянутого завдання методи вимірювання магнітного поля, що використовують світлове випромінювання, мають важливу гідність, - вони дають можливість досить точно задати область вимірювань розміром приблизно 100 на 100 мікрометрів (мільйонних часток міліметра). Залишалося тільки підвищити чутливість датчика.
Останні 10 років в нанофотонику активно розвивається напрямок, пов'язаний з дослідженнями магнітоплазмонних кристалів. Магнітоплазмонний кристал - це структура, що складається з декількох шарів різних матеріалів, у тому числі благородних металів (срібло, золото) і ферромагнетиків, нанесених на хвилеподібну основу. Її особливість в тому, що при певних умовах на кордоні між шарами металу і діелектрика лазерним світлом можна створити особливу електромагнітну хвилю (плазмон-поляритон), яку можна використовувати в різних цілях, в тому числі і для посилення магнітооптичних ефектів.
Ідея застосувати магнітоплазмонні кристали з посиленим магнітооптичним ефектом для детектування магнітних полів народилася в авторів роботи ще кілька років тому. Основна проблема, яку їм довелося вирішувати, - це можливість вимірювання постійного магнітного поля, оскільки магнітооптичний ефект Керра як правило, вимірюється в змінному магнітному полі. Поки розроблені лише принципи методу, а не готовий пристрій.
Дослідники експериментально довели, що такі магнітоплазмонні кристали здатні посилити магнітооптичний ефект Керра більш ніж у 10 разів для певних довжин хвиль оптичного випромінювання. Це дозволяє досягти чутливості сенсора за напруженістю магнітного поля близько 10-6 ерстед, в повітрі це відповідає магнітній індукції приблизно 10-10 Тл (порівняння цієї величини з магнітними полями різного походження показано на малюнку). Таким чином, запропонована методика займає проміжне положення між сенсорами на ефекті Холу і СКВИД з чутливості та локалізації вимірювання магнітного поля.
За матеріалами прес-релізу МДУ