Kvanttimagnetometrit

Kvanttimagnetometrit ovat erittäin herkkiä magneettikenttien mittauslaitteita, jotka hyödyntävät kvanttimekaniikan ilmiöitä. Toisin kuin perinteiset magnetometrit, jotka perustuvat usein Faradayn induktioon tai Hall-ilmiöön, kvanttimagnetometrit käyttävät hyväkseen atomien tai muiden kvanttisysteemien kvanttitiloja. Nämä tilat ovat erittäin herkkiä ympäröivän magneettikentän pienimmillekin muutoksille.

Yleisimpiä kvanttimagnetometrien tyyppejä ovat optisesti pumpatut magnetometrit (OPM) ja atomisuihkumagnetometrit (AS). OPM-laitteissa käytetään laseria "pumppaamaan" atomien elektroneja tiettyyn energiatasoon. Kun atomit ovat tässä tilassa, ne ovat herkkiä ulkoisille magneettikentille, jotka voivat muuttaa niiden kvanttitilaa. Nämä muutokset havaitaan optisesti. Atomisuihkumagnetometrit puolestaan mittaavat atomien liikeradan muutoksia magneettikentän vaikutuksesta.

Kvanttimagnetometrien etuna on niiden erinomainen herkkyys ja tarkkuus, jotka voivat olla useita kertaluokkia parempia kuin klassisilla laitteilla. Ne pystyvät mittaamaan erittäin heikkoja magneettikenttiä, jopa femtoteslan luokassa. Lisäksi jotkin kvanttimagnetometrien tyypit ovat kannettavia ja eivät vaadi kryogeenisiä jäähdytyslämpötiloja, toisin kuin esimerkiksi SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices), jotka ovat myös erittäin herkkiä magnetometrejä.

Näiden laitteiden sovelluskohteita on monia. Niitä käytetään geofysiikassa maaperän ja mineraalien kartoitukseen, arkeologiassa muinaisten rakenteiden havaitsemiseen, lääketieteessä aivojen ja sydämen magneettikenttien mittaamiseen (magnetoenkefalografia ja magnetokardiografia) sekä materiaalitutkimuksessa ja hiukkasfysiikassa. Lisäksi kvanttimagnetometrejä kehitetään navigaatiojärjestelmiin ja turvallisuustarkoituksiin.