Un magnetómetro cuántico de diamante altamente sensible puede lograr una magnetoencefalografía (MEG) de resolución milimétrica utilizando centros de vacantes de nitrógeno, informan los científicos de Tokyo Tech. El novedoso magnetómetro, basado en la resonancia magnética de ondas continuas detectada ópticamente, marca un paso importante hacia la comprensión de las condiciones ambientales para MEG y otras aplicaciones prácticas.
La magnetoencefalografía (MEG) es una técnica de imágenes biomédicas que se utiliza para mapear la actividad cerebral mediante el registro de campos magnéticos naturales generados por neuronas en el cerebro, utilizando magnetómetros altamente sensibles. Actualmente, MEG requiere para su funcionamiento una sala blindada magnéticamente. Lograr que MEG funcione en entornos normales, sin necesidad de blindaje magnético, es un objetivo importante. Permitirá diagnósticos diarios, interfaces cerebro-máquina e investigación básica sobre la función cerebral.
Los MEG magnetómetros que utilizan sensores cuánticos de diamante con centros de vacantes de nitrógeno (NV) son candidatos prometedores para detectar las condiciones ambientales. Se espera que estos sensores ofrezcan una resolución en escala milimétrica significativamente mejor que los MEG convencionales en escala centimétrica. Específicamente, los centros NV son defectos en la estructura del diamante, en los que un átomo de nitrógeno reemplaza a un átomo de carbono con una vacante. Un método común para medir campos magnéticos a lo largo de los centros NV es la resonancia magnética detectada ópticamente de onda continua (CW-ODMR). En este método, se utiliza un campo continuo de microondas para manipular los estados de espín de los centros NV mientras están iluminados por un láser. La intensidad de esta fluorescencia inducida por láser depende del campo magnético externo. Al medir estos cambios en la fluorescencia, se puede detectar y medir el campo magnético externo. En comparación con otros métodos, este método es simple y conveniente y puede lograr una resolución en escala milimétrica.
Basándose en esta tecnología, un equipo de investigadores en Japón, dirigido por el profesor asociado Nota Sekiguchi del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica del Instituto de Tecnología de Tokio, desarrolló recientemente un nuevo y sensible magnetómetro cuántico de diamante. “El MEG clínicamente aceptable requiere una sensibilidad, al menos, del orden de picotesla (pT) en el rango de frecuencia CC de alrededor de 5 a 100 Hz dentro de un tiempo de medición razonable. Actualmente, los magnetómetros de diamante requieren un concentrador de flujo magnético (MFC). Sin embargo, los MFC reducir la resolución espacial intrínseca del magnetómetro, además, se requiere una distancia de medición corta para superar estos desafíos, diseñamos un magnetómetro de diamante CW-ODMR sensible”, explica Sekiguchi. Su estudio ha sido publicado en la revista. Se realizó un examen físico..
El novedoso magnetómetro utiliza un diamante monocristalino fabricado mediante el método de alta presión y alta temperatura (HPHT). Después de la síntesis HPHT, se cortó una pieza del cristal paralela al plano del cristal (111) y se generaron centros NV cargados negativamente en el cristal mediante irradiación con haz de electrones seguido de recocido a 1000. 0C. Este par central NV se colocó en el cabezal del sensor, que fue diseñado para alcanzar el objetivo aproximadamente un milímetro con un volumen de detección de 4 x 10.-3 milímetros3. El par fue excitado por un láser verde polarizado linealmente con una longitud de onda de 532 nm, y se usó una lente hemisférica de alto índice de refracción para aumentar la eficiencia de recolección de la fluorescencia inducida por láser.
Al observar cuidadosamente las condiciones experimentales, los investigadores lograron una sensibilidad récord de 9,4 ± 0..1 punto hercio-1/2 En el rango de frecuencia de 5 a 100 Hz, sin MFC. Además, el análisis de deflexión de Allen demostró que el magnetómetro puede medir campos magnéticos tan bajos como 0,3 pT y mantener una sensibilidad notable durante largos períodos de tiempo. Además, su diseño es adecuado para aplicaciones prácticas como MEG en animales vivos.
Las altas sensibilidades logradas en este estudio marcan un paso importante hacia la comprensión del estado ambiental de MEG con resolución en escala milimétrica. De cara al futuro, Sekiguchi concluye: “En el futuro, planeamos medir MEG en animales utilizando los sensores desarrollados en este estudio y realizar mediciones de MEG con sensores cuánticos de diamante. En última instancia, nuestro objetivo es lograr MEG sin la necesidad de blindaje magnético”.
