科学者がレーザーを開発

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大学のプレスリリースによると、多国籍共同の取り組みにより、今日の機器よりも最大10倍優れた磁場測定が可能な、新しいレーザーベースのダイヤモンドセンサーの発見につながったという。

磁場測定は今日の医療分野で広く使用されています。 磁石と電波を組み合わせて体内の器官や構造を観察する磁気共鳴画像法 (MRI) は、脳や脊髄を検査し、病気の初期兆候を見つけるための重要なツールとなっています。

一方、医療技術の進歩により、脳内の電流によって生じる磁場も測定できるようになりました。 脳磁図 (MEG) と呼ばれる技術を使用して、臨床医は脳内の活動をマッピングし、てんかん発作の原因となっている可能性のある場所を探したり、脳内の通常の活動中に機能不全に陥っているニューロンを特定したりできるようになりました。

MEG のようなテクノロジーは医療界にとって恩恵ですが、これらの機械の設置と運用は大きな課題です。 磁場を測定できる機器は高価であり、磁気シールドが必要な部屋全体がいっぱいになります。 また、機器に使用されるヘリウムを液体状態に保つためには超低温が必要です。 何よりも難しいのは、測定中に患者が完全に静止していなければならないことです。

ロイヤル メルボルン工科大学 (RMIT) の研究者らは、ドイツのフラウンホーファー応用固体物理学研究所 (IAF) と協力して、これらの波の検出を改善する方法を模索し、これらの検出に使用されるダイヤモンドをさらに改善できる可能性があることを発見しました。

ダイヤモンドは、今日の磁場感知に使用される機器の一部です。 ダイヤモンド上の量子欠陥から発せられる光の強度は、磁場の強さによって変化します。 しかし、研究者らは、ダイヤモンドが発する光のほとんどが失われることを発見しました。

この光をレーザーに変換することで、研究者らはすべての光を収集することができ、これにより磁場の検出が 10 倍増加しました。

研究者らは、レーザー放射ダイヤモンドを使用して作られた MEG 装置は現在の装置よりもはるかに小さく、必要に応じて持ち運びが可能になると構想しています。 この新しい技術を使用して開発された MEG を使用すると、患者はじっと座っているのではなく、実際に歩くことができます。 この機器は液体ヘリウムを必要としないため、室温でも動作します。

この装置は製造までに最大5年かかる可能性があり、認知症、アルツハイマー病、てんかんなどの病気の初期兆候を発見するのに役立つだろう。

研究者らは研究結果を『Science Advances』誌に発表した。

抽象的な

ダイヤモンド内の負に帯電した窒素空孔 (NV) 中心は、磁場量子センサーとして有望です。 レーザー閾値磁気測定理論は、信号強度と磁場コントラストの増加により NV センターアンサンブル感度が向上すると予測します。 ここでは、レーザー閾値磁力測定を実験的に示します。 我々は、532 nm で励起され 710 nm で共鳴シードされる、高度に NV ドープで低吸収のダイヤモンド利得媒体を含む巨視的高フィネス レーザー キャビティを使用します。 これにより、誘導放出による 64% の信号電力増幅が可能になります。 増幅の磁場依存性をテストし、NV センターアンサンブルからの磁場依存性の誘導放出を実証します。 この発光は 33% の超高コントラストとミリワット領域の最大出力を示します。 NV センターのコヒーレントな読み出しは、健康、研究、鉱業分野で感度が大幅に向上した量子欠陥およびダイヤモンド NV 磁場センサーの新しい空洞およびレーザー応用への道を開きます。