과학자들이 레이저를 개발하다

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다국적 공동 노력으로 오늘날의 장비보다 최대 10배 더 나은 자기장을 측정할 수 있는 새로운 레이저 기반 다이아몬드 센서가 발견되었다고 대학 보도 자료에서 밝혔습니다.

자기장 측정은 오늘날 의학 분야에서 널리 사용됩니다. 자석과 전파를 결합하여 신체 내부의 장기와 구조를 관찰하는 자기공명영상(MRI)은 뇌와 척수를 검사하고 질병의 초기 징후를 찾는 데 중요한 도구가 되었습니다.

한편, 의료 기술의 발전으로 이제 우리는 뇌 내부의 전류에 의해 생성되는 자기장을 측정할 수도 있습니다. 이제 임상의는 자기뇌파검사(MEG)라는 기술을 사용하여 뇌 활동의 지도를 작성하고 간질 발작의 원인이 될 수 있는 위치를 찾거나 뇌의 정상적인 활동 중에 오작동하는 뉴런을 발견할 수 있습니다.

MEG와 같은 기술은 의료계에 도움이 되지만 이러한 기계를 설치하고 운영하는 것은 큰 과제입니다. 자기장을 측정할 수 있는 장비는 비용이 많이 들고 자기 차폐가 필요한 방 전체를 가득 채웁니다. 또한 기기에 사용되는 헬륨을 액체 상태로 유지하려면 매우 낮은 온도가 필요합니다. 무엇보다도 가장 어려운 점은 이러한 측정을 수행하는 동안 환자가 절대 가만히 있어야 한다는 것입니다.

RMIT(Royal Melbourne Institute of Technology)의 연구원들은 독일의 Fraunhofer 응용 고체 물리학 연구소(IAF)와 협력하여 이러한 파동의 감지를 개선할 수 있는 방법을 모색했으며 이러한 감지에 사용되는 다이아몬드가 더욱 향상될 수 있음을 발견했습니다.

다이아몬드는 오늘날 자기장 감지에 사용되는 도구의 일부입니다. 다이아몬드의 양자 결함에서 나오는 빛의 강도는 자기장의 강도에 따라 달라집니다. 그러나 연구진은 다이아몬드가 발산하는 빛의 대부분이 손실된다는 사실을 발견했습니다.

이 빛을 레이저로 변환함으로써 연구원들은 모든 것을 수집할 수 있었고 이로 인해 자기장 감지가 10배 증가했습니다.

연구원들은 레이저 방출 다이아몬드로 만든 MEG 장비가 오늘날의 장비보다 훨씬 작을 것이며 필요한 경우 휴대할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다. 이 신기술을 이용해 개발된 MEG를 이용해 환자들은 가만히 앉아 있는 것이 아니라 실제로 걸을 수 있게 됐다. 이 장비에는 액체 헬륨이 필요하지 않으므로 실온에서도 작동할 수 있습니다.

제작하는 데 최대 5년이 걸릴 수 있는 이 장비는 치매, 알츠하이머병, 간질과 같은 질병의 초기 징후를 발견하는 데 유용할 것입니다.

연구진은 이번 연구 결과를 Science Advances 저널에 발표했습니다.

추상적인

다이아몬드의 음전하를 띤 질소 공극(NV) 센터는 유망한 자기장 양자 센서입니다. 레이저 임계 자기계측 이론은 증가된 신호 강도와 자기장 대비를 통해 향상된 NV 중심 앙상블 감도를 예측합니다. 여기에서는 레이저 임계 자기 측정법을 실험적으로 보여줍니다. 우리는 532 nm에서 펌핑되고 ​​710 nm에서 공진 시드되는 고도로 NV 도핑되고 흡수율이 낮은 다이아몬드 게인 매질을 포함하는 거시적 고급 레이저 캐비티를 사용합니다. 이를 통해 유도 방출을 통해 64%의 신호 전력 증폭이 가능합니다. 우리는 증폭의 자기장 의존성을 테스트하여 NV 센터 앙상블에서 자기장 의존적 자극 방출을 보여줍니다. 이 방출은 33%의 초고대비와 밀리와트 단위의 최대 출력 전력을 보여줍니다. NV 센터의 일관된 판독은 건강, 연구 및 광업 부문에 대한 감도가 크게 향상된 양자 결함 및 다이아몬드 NV 자기장 센서의 새로운 공동 및 레이저 응용을 위한 길을 열어줍니다.