Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanomagnetics

كيفية بناء عالم أفضل قياس المغنطيسية

Published on September 14, 2010 at 7:59 PM

المغناطيسية تأتي في كثير من الأشكال والأحجام -- بوصلة عادية باليد هو أبسط -- ولكن القلوي بخار المغناطيسية هي الأجهزة التي تقيس extrasensitive الحقول المغناطيسية باستخدام الضوء والذرات. يمكنهم الكشف عن بقايا أثرية تحت الأرض والرواسب المعدنية التي خافت توقيعاتهم المغناطيسي ، من بين مجموعة من التطبيقات العلمية الأخرى.

باحثون من وزارة الطاقة الأمريكية في مختبر لورانس بيركلي الوطني قد قدم في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، والدولة Vavilov البصرية في معهد سانت بطرسبرج ، روسيا ، والآن القياسات الحساسة من المجالات المغناطيسية عن طريق الحفاظ على الاستقطاب من ذرات تدور في القلوي البخار المغنطيسية لأكثر من 60 ثانية في درجة حرارة الغرفة -- حل الدولتين ، أوامر من بين حجم التحسن في هذه المعلمة هامة خلال قياس أداء أفضل السابقة.

في المغنطيسية بخار الخلية ، ودوران يبلغ عدد سكانها الذرات هو الاستقطاب الأولى ، كما أشار السهم الأحمر الرأسي ، وذلك ليزر المضخة التي هي في حد ذاتها الاستقطاب دائري. عندما يتم تطبيق حقل مغناطيسي ، وناقلات تدور يتم استدارة ، كما أشار السهم الأحمر مائلة. (الحقل المغناطيسي هو عمودي على الطائرة من هذا الرسم البياني). الاستقطاب الليزر المسبار الطائرة الخاصة التي يتم استدارة تدور في الذرة ، ويتم قياس درجة الاستدارة على كاشف.

في عدد السكان تدور الاستقطاب من ذرات ، وأكثر من نصف الذرات هي موجهة في نفس الاتجاه. والقلوي المغنطيسية بخار بخار يستقطبه من ذرات المعادن القلوية ، على سبيل المثال البوتاسيوم ، الروبيديوم أو السيزيوم. داخل خلية الزجاج باستخدام دائري الاستقطاب شعاع "ضخ" ليزر

لأن ذرات الغزل ولحظة المغناطيسي (مع القطبين الشمالي والجنوبي المغناطيسي ، مثل المغناطيس بار) ، وحقل مغناطيسي خارج إمالة محور تدور وذلك لسبب precess مثل أعلى الغزل وهذا ما كان يدفع من فوق رأسي. ويمكن الكشف عن التغييرات في قوة المجال خارج أو الاتجاه باستخدام جهاز ليزر لقياس التحقيق مرارا بخار في اتجاه تدور في المتوسط.

"إن حساسية الأساسية للقياس يعتمد على عدد من المتغيرات" ، ويقول ديمتري Budker من مختبر بيركلي شعبة العلوم النووية ، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي. "وهذه تشمل عددا من الذرات في العينة ، والأهم ، في وقت الاسترخاء تدور من ذرات الاستقطاب".

تدور الاسترخاء هو فقدان الاستقطاب ، وعودة السكان من الذرات إلى التوجهات العشوائية ، والذي يحدث اسرع ذرات تصطدم مع الذرات الأخرى ، أو إذا كان الحقل المغناطيسي الخارجي يختلف.

كيفية الحفاظ على 'م الغزل

وقال "عندما ذرة المعدنية القلوية مستبعد قبالة الجدار الزجاجي ، فإنها تميل إلى عصا لبعض الوقت" ، كما يقول Budker. "وخلال فترة وجودها لأنه يخضع للمجالات المغناطيسية المتقلبة ، والذي يؤدي إلى فقدان الاستقطاب. حتى طريقة واحدة للحفاظ على الاستقطاب هو الحفاظ على ذرات بعيدا عن الحائط ، أو لجعل مقامهم على أقصر الجدار ".

نهج واحد هو ملء الخلية مع الغاز العازلة الخاملة مثل الهليوم أو النيون ، في كثافة عالية بما فيه الكفاية أن الذرات القلوية عثرة باستمرار الى ذرات الغاز المخزن المؤقت بدلا من الاصطدام مع الجدران. بطء نشر الناتجة يحتفظ العديد من ذرات الاستقطاب بعيدا عن الجدار لفترة طويلة. ومع ذلك ، الاصطدامات مع ذرات الغاز العازلة الاسترخاء في نهاية المطاف الاستقطاب من ذرات المعدن.

وهناك طريقة أفضل للحفاظ على تماسك عالية تدور هو معطف الداخلية من الزجاج الخلية بخار مع طلاء "antirelaxation". والهدف من ذلك هو زيادة عدد القفزات ذرة يمكن البقاء على قيد الحياة قبل ان يخسر في الاستقطاب.

"من المهم للحد من تقلبات المغناطيسي عن طريق تجنب أي ذرات ثقيلة في طلاء ،" Budker يقول. مركبات الكربون الخفيفة وذرات الهيدروجين هي الاختيار ؛ الطلاء antirelaxation دولة من بين الفن والبارافينات ، والمعروف كيميائيا مثل الألكانات. ويمكن للذرة المستقطبة ضرب طلاء البارافين 10000 مرات قبل ان يخسر في الاستقطاب.

ولكن عملوا Budker وتجربته الطويلة في الوقت الزميل ميخائيل Balabas سانت بطرسبرج Vavilov معهد البصرية الدولة لتمديد أوقات الاسترخاء باستخدام الطلاء المختلفة. على عكس الحكمة التقليدية ، واقترح الاستعاضة Balabas نوعا مختلفا من المواد الهيدروكربونية المعروفة باسم ألكين ، أو أولفين. الألكينات تشبه إلى الألكانات ، ولكن بدلا من أن تكون مشبعة (جميع السندات واحد) ، واحدة مزدوجة كربون في الجزيء. تجارب الباحثين مع الخلايا بخار الروبيديوم وأظهرت لاحقا أن ذرة الروبيديوم الاستقطاب يمكن أن ترتد طلاء ألكين مليون مرة قبل ان يخسر في الاستقطاب.

صقل التجربة

"ومواد الطلاء ليس كل ما في إطالة أمد الاستقطاب ، ومع ذلك ،" يقول Budker. "فقدت احد الطريقة التي يتم الاستقطاب عندما ذرات الروبيديوم الاستقطاب في الخلية الحصول على اتصال مع الأسطح غير المصقول في الخزان الروبيديوم الخلية -- أسلحة شخصية تحتوي على قطرات من المعادن الصلبة"

ابتكر Balabas تأمين بسيط -- المكونات الزجاجية المنزلقة أنه مجرد من خلال تناوب الجمعية الخلية ، وتفتح أو تغلق الجذعية بين الخزان ومنطقة التفاعل حيث يتم الاستقطاب الذرات وقياسه.

أخيرا ، تباطأ الباحثين تدور الاسترخاء بسبب الاصطدامات بين ذرات الروبيديوم داخل منطقة تفاعل الخلية عن طريق تعديل تقنية تسمى القن (عن "تبادل تدور ، والاسترخاء خالية"). وقد وضعت في الفيزياء من القن Happer بواسطة وليام وتطبيقها على القياس المغنطيسي Romalis بواسطة مايكل ، وكلاهما من جامعة برينستون. القن عادة يستخدم الغاز عازلة للحد من عدد من الذرات القلوية ضرب جدار الخلية ، بينما في الوقت نفسه يخطو المفارقة تصل التصادمات بين الذرات القلوية أنفسهم ، تدفئة الخلية لبعض درجات مئوية 150 وزيادة كثافة بخار الذري.

القن يعمل فقط للحقول المغناطيسية ضعيفة جدا ، حيث السبق بطيء. منذ الذرات تتصادم عدة مرات خلال أي فترة من السبق ، وكثيرا ما تبادل اصطدام متعددة تدور بين الولايات الذرات والحفاظ على ارتفاع متوسط ​​الاستقطاب. تمديد الوقت لا يزال مزيد من الاسترخاء ، وتستخدم في بيركلي ، ومعهد التعاون Vavilov على "سوبر" طلاء antirelaxation بدلا من الغاز المخزن المعتاد.

بنيت الإعداد التجريبية في مختبر Budker من قبل وميخا ليدبيتر Karaulanov تودور ، وانه يهدف الى الحفاظ على السيطرة على شكل غرامة المجالات المغناطيسية داخل الغرفة التجريبية. وكان محمية الخلية بخار من الحقل المغناطيسي للأرض قبل أربع طبقات من المعدن مو ، وهو سبيكة من النيكل والحديد الذي مجزئات المجالات المغناطيسية حول منطقة محمية ، بالاضافة الى اسطوانة من الفريت السيراميك.

كان التجمع gimbaled التجريبية حتى الخلية بخار يمكن بالتناوب ، والسماح للانزلاق المكونات قفل عنق القارورة أو فتحه للسماح للبخار الروبيديوم في المنطقة رد فعل. اجتاز ثم شعاع مضخة الاستقطاب دائري محور التجربة إلى استقطاب بخار الذرية ، في حين أن شعاع التحقيق التي تمر عبر خلية من جانب إلى جانب سجلت الدولة زيادة ونقصان للبخار الروبيديوم من خلال قياس مدى الاستقطاب شعاع المسبار الخطية الخاصة وبالتناوب.

تم اختبار ثلاث خلايا ، والتي تختلف سواء في البناء أو في نظائر الروبيديوم الواردة فيها. وكانت أوقات الاسترخاء في اثنين من الخلايا نحو 15 ثانية ، وبالفعل تمديد مهمة ، ولكن في واحدة ، وذلك باستخدام النظائر المشعة الأكثر شيوعا من الروبيديوم ، 85Rb ، في الوقت الاسترخاء امتدت لأكثر من دقيقة واحدة. في المقابل لإعداد القن المعتاد ، وقد تحقق هذا الوقت للاسترخاء طويلة جدا في درجة حرارة الغرفة بدلا من الحرارة الشديدة.

"لقد أظهرنا أمرين من خلال تحسين حجم البارافين الطلاء أفضل ، وعند درجة حرارة الغرفة -- ولكن في مجال مغناطيسي منخفض نسبيا" ، كما يقول Budker. "التحدي المقبل هو استخدام هذه التقنية في حقول مغناطيسية قوية -- قوية كما الحقل المغناطيسي للأرض ، على سبيل المثال ، حيث العديد من التطبيقات العملية هي"

في الوقت نفسه ، Budker وزملاؤه تعتزم استكشاف تطبيق الطلاء الجديدة ، وغيرها من الحيل التي استخدموها لتحقيق الاسترخاء مرات طويلة ، إلى أجهزة أخرى من المعادن. ومن بين المرشحين الساعات الذرية ، وأجهزة الذاكرة الكم ، والأدوات العلمية الأخرى التي تعتمد على الاستقطاب تدور بالمثل طويلة الأمد من الذرات.

Last Update: 3. October 2011 02:23

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit