Các nhà nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu QUANTOP tại Viện Niels Bohr ở trường đại học Copenhagen (Đan Mạch) vừa xây dựng được một từ kế nguyên tử, thu được độ nhạy cao nhất cho phép bởi cơ học lượng tử. Những chiếc từ kế nhạy có thể dùng để đo sự hoạt động điện trong não và tim người. Các kết quả công bố trên tờ Physical Review Letters.
Phòng thí nghiệm QUANTOP với ánh sáng laser.
Độ nhạy tối hậu của mọi phép đo được xác định bởi các định luật của cơ học lượng tử. Những điều kiện này, thường thì đáng chú ý nhất ở cấp độ nguyên tử, trở nên có liên quan đối với những đối tượng lớn hơn khi độ nhạy của các phép đo tăng theo sự phát triển của những công nghệ mới.
Các nguyên tử là những bộ cảm biến từ
Các nguyên tử có một tính chất cơ bản gọi là spin, cái làm cho các nguyên tử tác dụng giống hệt như những nam châm nhỏ nhạy với từ trường ngoài và có thể dùng làm những bộ cảm biến từ. Nhưng mỗi một spin nguyên tử lại có một độ bất định lượng tử, đặt ra giới hạn cơ bản lên từ trường ngoài nhỏ nhất mà nguyên tử đó có thể cảm nhận.
Các từ kế nguyên tử truyền thống thường được chế tạo với một số lượng rất lớn nguyên tử, vì độ nhạy chung của hàng tỉ nguyên tử thì lớn hơn nhiều so với độ nhạy của chỉ một nguyên tử. Nhưng mặt khác, người ta khó đạt tới giới hạn của độ nhạy cho bởi cơ học lượng tử.
Độ nhạy tối hậu
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm QUANTOP vừa chế tạo được một từ kế nguyên tử có độ nhạy tối hậu cho phép bởi cơ học lượng tử.
“Hướng đến mục tiêu trên, chúng tôi phải đảm bảo rằng phương pháp của mình có khả năng triệt tiêu không chỉ những nguồn sai số kĩ thuật, thí dụ như các thăng giáng từ trường do sự truyền thông công cộng, sóng vô tuyến, vân vân, mà còn loại trừ một số sai số có bản chất cơ lượng tử thuần túy”, giáo sư Eugene Polzik, giám đốc Trung tâm QUANTOP tại Viện Niels Bohr, giải thích.
Từ não cho đến những vụ nổ
Kết quả là từ kế trên có thể đo được những từ trường yếu hơn một trăm tỉ lần so với từ trường của Trái đất.
Từ kế trên có một ngưỡng rộng những ứng dụng khả dĩ, vì ở nơi có dòng điện thì còn có từ trường.
Các phép đo từ trường có thể tiết lộ thông tin về hoạt động điện trong não và tim người, nhận biết hóa chất thuộc những nguyên tử nhất định, chẳng hạn, các chất nổ, hoặc đơn giản là chỉ thị sự có mặt hay vắng mặt của kim loại.
“Từ kế lượng tử của chúng tôi hoạt động ở nhiệt độ phòng, khiến nó là một sự thay thế tốt cho những từ kế siêu dẫn thương mại đắt tiền (cái gọi là ‘Squids’). Nó có độ nhạy ngang ngửa với một thiết bị rẻ hơn và đơn giản hơn”, Eugene Polzik giải thích.
Tham khảo: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v104/i13/e133601
Theo PhysOrg.com
