Cientistas desenvolvem laser

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Um esforço colaborativo multinacional levou à descoberta de um novo sensor de diamante baseado em laser que pode medir campos magnéticos até 10 vezes melhor do que os instrumentos fazem hoje, disse um comunicado de imprensa da universidade.

Medições de campo magnético são amplamente utilizadas no campo da medicina hoje. A ressonância magnética (MRI), que combina o uso de um ímã e ondas de rádio para observar órgãos e estruturas dentro do corpo, tornou-se uma ferramenta importante para examinar o cérebro e a medula espinhal e procurar sinais precoces de doenças.

Por outro lado, com os avanços da tecnologia médica, agora também podemos medir os campos magnéticos produzidos pelas correntes elétricas dentro de nossos cérebros. Usando uma técnica chamada magnetoencefalografia (MEG), os médicos agora podem mapear a atividade no cérebro e procurar locais que possam ser a fonte de convulsões epilépticas ou detectar neurônios com mau funcionamento durante atividades normais no cérebro.

Embora tecnologias como o MEG sejam um benefício para a comunidade médica, instalar e operar essas máquinas é um grande desafio. O instrumento que pode medir o campo magnético é caro e ocupa uma sala inteira que precisa de blindagem magnética. Também exige temperaturas ultrafrias para manter o hélio usado no instrumento no estado líquido. O mais difícil de tudo é que exige que o paciente permaneça absolutamente imóvel enquanto faz essas medições.

Pesquisadores do Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) colaboraram com o Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF) na Alemanha para procurar maneiras de melhorar a detecção dessas ondas e descobriram que o diamante usado para essas detecções poderia ser melhorado ainda mais.

Os diamantes fazem parte dos instrumentos usados ​​para detecção de campo magnético hoje. A intensidade da luz que vem dos defeitos quânticos no diamante muda com a intensidade do campo magnético. Os pesquisadores, no entanto, descobriram que a maior parte da luz que o diamante emite é perdida.

Ao converter essa luz em um laser, os pesquisadores conseguiram coletar tudo isso e isso levou a um aumento de 10 vezes na detecção do campo magnético.

Os pesquisadores prevêem que um instrumento MEG feito com seu diamante emissor de laser será muito menor do que os instrumentos de hoje e poderá ser portátil, se necessário. Em vez de ficarem parados, os pacientes podiam praticamente andar com o MEG desenvolvido com essa nova tecnologia. Uma vez que o instrumento não necessitaria de hélio líquido, também funcionaria à temperatura ambiente.

O instrumento, que pode levar até cinco anos para ser construído, será útil para detectar sinais precoces de doenças como demência, mal de Alzheimer e epilepsia.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Science Advances.

Abstrato

Os centros de vacância de nitrogênio (NV) carregados negativamente no diamante são sensores quânticos de campo magnético promissores. A teoria da magnetometria do limiar do laser prevê uma sensibilidade aprimorada do conjunto do centro NV por meio do aumento da intensidade do sinal e do contraste do campo magnético. Aqui, demonstramos experimentalmente a magnetometria de limiar de laser. Usamos uma cavidade de laser macroscópica de alta precisão contendo um meio de ganho de diamante altamente dopado com NV e baixa absorção que é bombeado a 532 nm e semeado ressonantemente a 710 nm. Isso permite uma amplificação de potência de sinal de 64% por emissão estimulada. Testamos a dependência do campo magnético da amplificação e, assim, demonstramos a emissão estimulada dependente do campo magnético de um conjunto de centros NV. Esta emissão mostra um contraste ultra-alto de 33% e uma potência de saída máxima no regime de miliwatts. A leitura coerente dos centros NV abre caminho para novas aplicações de cavidade e laser de defeitos quânticos e sensores de campo magnético NV de diamante com sensibilidade substancialmente aprimorada para os setores de saúde, pesquisa e mineração.