Quantumsensor meet magneetvelden honderd keer nauwkeuriger

23 november 2015, 09:23
Quantumsensor meet magneetvelden honderd keer nauwkeuriger
Quantumsensor meet magneetvelden honderd keer nauwkeuriger
Veel hedendaagse technologie maakt gebruik van sensoren die nauwkeurig een magneetveld kunnen meten. Zo meten MRI-scanners in ziekenhuizen de magnetische velden van spins in ons lichaam. Onderzoekers van de TU Delft en Stichting FOM zijn er samen met collega' s van Macquarie University (Sydney, Australië) in geslaagd om de gevoeligheid van zulke magneetveldsensoren met een factor honderd te vergroten door een 'intelligente' sensor te ontwikkelen op basis van één individuele elektronspin in diamant. 

De ultieme limiet in ruimtelijke resolutie kan worden bereikt door de spin van een enkel elektron te gebruiken als sensor. Een enkele spin is een soort minuscule quantum MRI-scanner. Daarmee kan een schatting worden gemaakt van het magneetveld door een serie metingen op de elektronspin uit te voeren. Normaal gesproken wordt deze serie uitgevoerd met vooraf bepaalde instellingen van de sensor. De Delftse onderzoekers hebben deze methode verbeterd door een 'intelligente' quantumsensor te ontwerpen die zichzelf automatisch aanpast, waardoor hij altijd werkt met de optimale instellingen. Deze intelligente sensor verzamelt tijdens de serie metingen informatie over het magneetveld, gebaseerd op eerdere meetuitkomsten en rekent direct de optimale instellingen voor volgende metingen uit.

De sensor bestaat uit de spin van een enkel elektron dat gevangen zit in een 'foutje' in de diamant. In deze imperfectie, ook wel bekend als het stikstof-holte-centrum, zit een enkel elektron opgesloten dat de onderzoekers zeer nauwkeurig met laser- en microgolfpulsen kunnen controleren. De magnetische ruis in de diamanten chip wordt sterk gereduceerd door ultra-zuivere kunstmatige diamant te gebruiken, in plaats van de natuurlijke variant. Snelle elektronica past de meetinstellingen van de sensor in real-time aan. De intelligente quantumsensor maakt in dezelfde tijd een honderd keer kleinere fout in het bepalen van het magneetveld, vergeleken met eerdere experimenten. Om de diamantchip optimaal te kunnen controleren, koelden de onderzoekers de chip in dit experiment af tot een temperatuur dicht bij het absolute nulpunt (rond de – 269 °C). De onderzoekers verwachten dat hun vindingen straks ook toepasbaar zijn op quantumsensoren die op kamertemperatuur werken, wat noodzakelijk is voor veel praktische toepassingen.
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items