Учёные создали высокочувствительный чиповый магнитометр на основе света

Исследователи разработали высокоточный магнитометр, интегрированный на чип. Устройство использует специальный материал, который меняет оптические свойства под воздействием магнитного поля, и работает при комнатной температуре.

Исследователи разработали высокоточный магнитометр на чипе на основе специального материала, который меняет оптические свойства в ответ на магнитное поле. Автор: Брайан Лонг, Университет Калифорнии в Санта-Барбаре

Новая технология, в отличие от многих современных высокочувствительных магнитометров, не требует экстремально низких температур или громоздкого оборудования. Это открывает возможности для её применения в компактных спутниках для изучения магнитных полей планет, в магнитной навигации там, где недоступен GPS (под водой, в туннелях), а также в биомедицинской визуализации.

«Наше устройство работает при комнатной температуре и может быть полностью интегрировано на чип», — сказал Паоло Пинтус из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре, соавтор исследования.

Исследователи изготовили чиповые интерферометры для измерения изменений света, проходящего через магнитооптический материал. Автор: Дуанни Хуанг, Университет Калифорнии в Санта-Барбаре

В основе устройства лежит магнитооптический материал — гранат иттрия-железа, легированный церием (Ce:YIG). При наличии внешнего магнит поля свет, проходящий через этот материал, испытывает фазовый сдвиг, который детектируется с помощью оптического интерферометра, встроенного в кремниевую фотонную схему.

Чувствительность устройства, по данным исследователей, сопоставима с высокопроизводительными криогенными магнитометрами. Оно способно детектировать поля от десятков пикотесла до 4 миллитесла. Для сравнения, магнитное поле Земли примерно в 100 000 раз сильнее минимально детектируемого полем, но примерно в 1000 раз слабее максимального, которое может измерить прибор.

Учёные также показали, что использование квантового «сжатого» света, как в детекторах гравитационных волн LIGO, может ещё больше повысить чувствительность устройства, снизив уровень шума. Сейчас команда работает над улучшением производительности, исследуя альтернативные материалы и интеграцию квантовых элементов.

Больше информации: Paolo Pintus et al, Integrated magneto-optic based magnetometer: classical and quantum limits, Optica (2025). DOI: 10.1364/optica.577791