Sammenfiltrede atomer forbedrer tomografiteknikken – Physics World

Sammenfiltrede atomer forbedrer tomografiteknikken – Physics World

Tidsstempel: 21. juni 2023 4:54

Atomsensor er laget av spinn hvis støy bare begrenses av iboende kvantesvingninger
Atomsensor: enheten er laget av spinn hvis støy bare begrenses av iboende kvantesvingninger. (Med tillatelse: E Polzik)

Forskere ved Universitetet i København i Danmark har funnet en måte å øke følsomheten til en rutinemessig sensorteknikk kjent som magnetisk induksjonstomografi utover standard kvantegrense. Den forbedrede metoden kan finne anvendelse i bio- og medisinsk sansing.

Ved magnetisk induksjonstomografi produserer et magnetfelt generert av en strømførende spole små virvelstrømmer i prøven som analyseres. Disse strømmene endrer på sin side magnetfeltet, som oppdages ved hjelp av det kollektive spinnet (eller magnetiseringen) til et atommagnetometer. Egenskapene til det detekterte feltet gir informasjon om prøvens elektriske ledningsevne og magnetiske permeabilitet.

Teknikken brukes i geofysiske undersøkelser, for ikke-destruktiv testing av metalliske gjenstander, samt i medisinsk bildebehandling. Men dens følsomhet er begrenset av den såkalte kvantegrensen, eller kvantesvingninger (usikkerhet) i sensorens kollektive spinn.

"Kvantemekanikk og usikkerhetsprinsippet tilsier faktisk at spinnretningen ikke kan bestemmes med vilkårlig presisjon," forklarer Eugene Polzik, som ledet denne nye studien. «Grovt sett, i en sensor som inneholder N atomspinn, retningen til det kollektive spinnet kan ikke bestemmes med en vinkelsikkerhet bedre enn 1/√N, og det er dette vi kaller standard kvantegrense (SQL).»

Redusere usikkerhet

Polzik og kolleger viste at denne usikkerheten kan reduseres ved å bruke et atommagnetometer som inneholder atomer hvis spinn er viklet inn for å generere en såkalt spinn-klemt tilstand. Vinkelusikkerheten til en av projeksjonene av denne tilstanden er under SQL. Forskerne arrangerte den magnetiske induksjonstomografiprotokollen slik at det nyttige signalet er inneholdt nøyaktig i projeksjonen med den reduserte usikkerheten. Denne tilnærmingen resulterer i en SQL-følsomhet som er nesten dobbelt så stor som for konvensjonelle atommagnetometre.

"Konvensjonelle magnetiske induksjonstomografiteknikker bruker en spole for å oppdage signalet," forklarer Polzik. «Slike spoler har iboende termisk støy, så vel som oppfanget miljøstøy, noe som begrenser følsomheten. Vi har brukt en atomsensor laget av spinn hvis støy bare begrenses av iboende kvantesvingninger. Dette tillot oss å forbedre følsomheten betydelig sammenlignet med konvensjonelle tilnærminger."

Forskerne sier at de nå planlegger å bruke metoden deres i bio- og medisinsk sansing, og håper spesielt å utvikle den videre for å avbilde indre organer, inkludert hjertet og til og med hjernen.

"Vi planlegger også å fortsette å jobbe med denne kvanteforsterkede magnetiske induksjonstomografien med mål om å forbedre dens følsomhet og romlig oppløsning ytterligere," forteller Polzik Fysikkens verden.

Forskningen er detaljert i Physical Review Letters.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden