Posted in | Nanomagnetics

Hur man Bygger En Bättre Magnetometer

Published on September 14, 2010 at 7:59 PM

Magnetometers kommer i många formar och storleksanpassar - det vanliga räcka-rymd kompass är det enklast - men alkali-dunst magnetometers är extrasensitive apparater som mäter magnetiskt sätter in genom att använda lätt och atoms. De kan avkänna archaeological remains, och mineral sätter in tunnelbanan vid deras svimmar magnetiska häften, bland en vara värd av andra vetenskapliga applikationer.

Forskare från U.S.-Avdelningen av Energis Laboratoriumet för den Lawrence Berkeley Medborgare, Universitetar av Kalifornien på Berkeley och Vavilov det Statliga Optiska Institutet i St Petersburg, Ryssland, har nu gjort känsliga mätningar av magnetiskt sätter in, genom att underhålla snurrandepolarizationen av atoms i endunst magnetometer för mer, än 60 understöder på rumstemperaturen - enstorlek förbättring i denna viktiga mätningsparameter över den bäst föregående kapaciteten.

I encell magnetometer polariseras snurrandet av en befolkning av atoms först, som indikerat av den röda pilen för lodlinjen, vid en pumpalaser som sig själv polariseras runt. När ett magnetiskt sätter in, appliceras, snurrandevektorn roteras, som indikerat av den vippade på röda pilen. (De magnetiska sätter in är vinkelräta till det plant av detta diagram.), Sondlaserens roteras egna plana polarization av atom'sens snurrande, och graden av rotation mätas på avkännaren.

I enpolariserad befolkning av atoms mer än halva atomsna orienteras i den samma riktningen. Endunst magnetometer polariserar en dunst av alkali-belägger med metall atoms, till exempel ”, pumpar” potassium, rubidium eller cesium, insida en glass cell som använder rund-polariserad laser strålar.

(Med norr och södra magnetiska poler, gilla en bomma förmagnet), Därför Att snurratomsna har ett magnetiskt ögonblick, sätter in orsakar en magnetisk yttersida ska lutande axeln av snurrandet och den för att precess något liknande en bästa snurr som skjuts av lodlinjen. Ändringar i det utvändiga fältets styrka eller riktning kan avkännas att använda en sondlaser upprepade gånger för att mäta dunstens den genomsnittliga snurranderiktningen.

”Beror grundkänsligheten av mätningen på ett nummer av variabler,” något att säga Dmitry Budker av det Berkeley Labb Kärn- Uppdelning för Vetenskap, en professor av fysik på Uc Berkeley. ”Inkluderar Dessa numrera av atoms i ta prov och som är viktigast, snurrandeavkopplingtiden av de polariserade atomsna.”,

Snurrandeavkoppling är förlusten av polarization, returen av befolkningen av atoms till slumpmässiga riktningar, som händer snabbare, som atoms kolliderar med andra atoms, eller om de yttre magnetiska sätter in, varierar.

Hur snurr för uppehälle`-em

”När enbelägga med metall atom studsar av en glasvägg, ansar den för att klibba för lite en stund,” något att säga Budker. ”Under dess stag är den betvingar till magnetisk fluctuating sätter in, som orsakar den för att förlora polarization. Så en långt som underhåller polarization, är uppehället atomsna i väg från väggen eller som gör deras sojourns på väggen kortare.”,

En att närma sig är att fylla cellen med ett inert fungera som buffert gasar likt helium, eller neon, på en täthetkick nog, som alkaliatomsna knuffar till constantly in i fungera som buffert, gasar atoms, i stället för att kollidera med väggarna. De resulterande långsamma diffusionsuppehällena många av de polariserade atomsna i väg från väggen på länge. Ändå gasar sammanstötningar med fungera som buffert atoms kopplar av slutligen polarizationen av belägga med metallatomsna.

En bättre kick för uppehällesnurrandesammanhållning är långt att täcka inre av den glass dunstcellen med ”en antirelaxation” som täcker. Målet är till förhöjning numrera av dun som en atom kan fortleva, innan det förlorar dess polarization.

”Är Det viktigt att förminska magnetiska växlingar, genom att undvika några skurkrollatoms i täcka,” Budker något att säga. Sammansättningar av ljusa kol- och väteatoms är det primat; statlig-av--konst antirelaxationbeläggningar är paraffins, bekant chemically som alkanes. En polariserad atom kan slå en paraffin som täcker 10.000 tider, innan det förlorar dess polarization.

Men Budker och hans lång tidkollega Mikhail Balabas av Sts Petersburg Vavilov det Statliga Optiska Institutet har fungerat för att fördjupa avkopplingtider genom att använda olika beläggningar. Tvärtemot föreslogg konventionell kunskap, Balabas att ersätta en olik sort av hydrocarbonen som var bekant som en alkene eller olefinen. Alkenes är liknande till alkanes men, i stället för att genomdränkas (alla singelförbindelser), har en dubbel förbindelse för kol i molekylen. Forskare experiment med rubidium vapor celler visade därpå att en polariserad rubidiumatom kunde studsa av en alkene som täcker miljon tider innan de förlorar dess polarization.

finjustera experiment

”Allt Är täcka som är materiellt, inte där är till att förlänga polarization, emellertid,” Budker något att säga. ”Är En långt polarization borttappad är när polariserade rubidiumatoms i cellen får i kontakt med obetäckt ytbehandlar i cellens rubidiumbehållaren - sidearmen, som innehåller en liten droppe av heltäckandea, belägger med metall.”,

Balabas planerade ett enkelt låser - ett glidningsexponeringsglas pluggar som, bara, genom att rotera cellenheten, öppnar eller slut stemen mellan behållaren och växelverkanregionen, var atomsna polariseras och mätas.

Slutligen saktade forskarna sammanstötningar för snurrandeavkoppling tack vare bland rubidiumatomsinsidan växelverkanområdet av cellen, genom att ändra en teknik som kallades LIVEGEN (för ”snurrandeutbyte som avkoppling-var fri”). Fysiken av LIVEGEN framkallades av William Happer och applicerades till magnetometry av Michael Romalis, båda av den Princeton Universitetar. Bruk för LIVEGEN fungera som buffert normalt gasar för att förminska numrera av alkaliatoms som samtidigt som slår cellväggen, stunden kliver paradoxically upp sammanstötningar bland alkaliatomsna sig själv och att värma cellen till några 150 grader Celsius och ökande tätheten av den atom- dunsten.

LIVEGEN fungerar endast för mycket svagt magnetiskt sätter in, var precessionen är långsam. Sedan atoms kolliderar många tider under någon period av precessionen, utbyter multipelsammanstötningarna vanligt snurrandet påstår bland atomsna och uppehället den genomsnittliga polarizationkicken. Att fördjupa avkopplingtidstillbilden vidare använde Berkeleyen och det Vavilov Institutsamarbetet deras ”toppna” antirelaxation som täcker i stället för det vanligt, fungera som buffert gasar.

Det experimentellt ställer in byggdes i Budkers laboratorium av Micah Ledbetter och Todor Karaulanov och planlades att underhålla fint kontrollerar över forma av magnetiskt sätter in insida den experimentella kammaren. Dunstcellen skyddades från magnetisk Jord sätter in vid fyra lagrar av mu belägger med metall, en legera av mynt och stryker, att magnetiska shuntor sätter in runt om det skyddade området, plusen en cylinder av keramisk ferrite.

Den experimentella enheten var gimbaled, så dunstcellen kunde roteras och att låta glidningen plugga låser hångla av flaskan eller låser den upp för att låta rubidiumdunsten in i reaktionsregionen. Därefter pumpar som runt polariseras, strålar korsade axeln av experiment för att polarisera den atom- dunsten, fördriver en sond strålar bortgång till och med cellen från sida till sidan antecknade snurrandet som är statlig av rubidiumdunsten, genom att mäta hur sondstrålens egna linjära polarization roterades.

Tre celler testades, som skilja sig åt endera i konstruktion, eller i rubidiumisotopesna de innehöll. Avkoppling som tider av cellerna var itu omkring 15, understöder, redan en viktig f8orlängning, men i en, genom att använda den mest allmänningisotopen av rubidium, 85Rb, avkopplingtiden som sträcks till över ett minimalt. I kontrast till den vanliga LIVEGEN ställa in, denna mycket långa avkopplingtid uppnåddes på rumstemperaturen i stället för ytterlighet värmer.

”Har Vi visat två beställer av storleksförbättring över de bäst paraffinbeläggningarna och på rumstemperaturen - men på ett förhållandevis lågt magnetiskt sätta in,” Budker något att säga. ”Är den nästa utmaningen att använda denna teknik i starkare magnetiskt sätter in - så starkt, som magnetisk Jord sätter in, till exempel, var många av praktiskapplikationerna är.”,

Samtidigt ämnar Budker och hans kollegor undersöka applikationen av deras nya beläggningar och de andra tricken som de som är van vid, uppnår långa avkopplingtider, till apparater annat än magnetometers. Bland kandidaterna atom- tar tid på, är quantumminnesapparater och andra vetenskapliga grejer som beror jämväl på långlivad snurrandepolarization av atoms.

Last Update: 26. January 2012 13:22

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