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Wissenschaft & Lehre 13. November 2007

Schwächste Magnetfelder nachgewiesen

Ein neuer, reiskorngroßer Sensor kann Magnetfeldschwankungen von nur siebzig Femtotesla nachweisen. Dieser Wert entspricht einem Milliardstel des Erdmagnetfeldes oder den Hirnwellen einer Person beim Tagträumen (Nature Photonics 2007,1: 649-652). Der Sensor wurde von einer Forschergruppe um Dr. John Kitching vom US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology entwickelt, basierend auf der Technik der optischen Magnetometrie.
Das Grundprinzip ist schnell erklärt: Ein winziger Behälter enthält ein Gas aus etwa hundert Milliarden Rubidium-Atomen. Tritt ein Laserstrahl durch die Box hindurch, richten sich die Spins der Atome in dessen Richtung aus. Kommt der Sensor in die Nähe eines Magnetfelds, weichen die Spins einiger Atome von der einheitlichen Orientierung ab und absorbieren einen Teil der Laserstrahlung. Je stärker das Feld, desto weniger Licht gelangt schließlich in den Detektor. Kitching und sein Team konnten die Empfindlichkeit solcher Bauteile nun um etwa das Tausendfache steigern.
Die Sensibilität des Sensors reicht damit fast an die so genannter SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) heran, die momentan die besten Magnetometer darstellen. Diese müssen allerdings nahezu bis zum absoluten Nullpunkt gekühlt werden, um zu funktionieren. Das neue Magnetometer arbeitet hingegen bei Temperaturen von 150 Grad Celsius, verbraucht wesentlich weniger ­Energie und ist sehr klein.
In ersten Experimenten nahmen die Wissenschaftler mit dem neuen Sensor das Magnetfeld einer Maus auf. Denkbar wäre auch ein Einsatz beim Menschen, berichten die Forscher. Elektroden würden überflüssig, ein tragbarer Helm könnte die Hirnaktivität erfassen.

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