新研發迷你磁力計 靈敏度號稱提升千倍

美國國家標準與技術研究院(National Institute of Standards and Technology，NIST )開發了一種迷你磁力計(mini-magnetometer)，號稱比現有的晶片磁力計靈敏1,000倍以上。

這種小型、廉價的迷你磁力計據說可達到femtotesla (磁場強度單位)等級的準確性；過去只有特殊應用的龐大、昂貴的超導體量子干涉(superconducting quantum interference)裝置──SQUIDs能達到這種準確性。

利 用半導體雷射通過米粒大小、充滿銣(rubidium)蒸汽的管型瓶，NIST的研究人員在1mm尺寸的封裝上達到了70 femtotesla的準確度。該研究團隊展示了使用迷你磁力計記錄老鼠心跳的例子，預期迷你磁力計也可以應用在腦磁波造影技術(MEG)中，用來檢測腦 波。

例如一種MEG頭盔，可以即時對大腦進行掃描，還有進行低價的磁共振造影(MRI)，還可以用在高靈敏度的機場探測儀中偵測爆裂物和毒品。

採用SQUIDs可獲得的檢測準確度僅僅稍好一些，但是需要昂貴的冷卻設備，使得SQUIDs造價高而且體積笨重。NIST新開發的迷你磁力計不但體積小而且可以在室溫下工作。

讓 這種迷你磁力計尺寸小、而且可以在室溫下工作的關鍵，在於透明的銣蒸汽管只有3×2×1mm大小。管子裡是大約包含1,000億個原子的銣氣體；NIST 使用廉價的紅外線半導體雷射光束通過銣蒸汽管，這種紅外線半導體檢測儀可用來測量透射光強度。在磁場中，光線會變暗，而磁場越強，被銣蒸汽吸收的光能量也 越多。

在磁場中使光線變暗的機制，在於光旋壓銣原子(spinning rubidium atoms)隨雷射光束的極性自然排列，這就使得光可以不被削弱而通過，但是在正交磁場(perpendicular magnetic field)中，旋轉的銣原子和雷射光束方向相反，就得到了使光線變暗的效果。

NIST的研究人員目前正在研究採用該迷你磁力計的核子四極矩共振裝置(nuclear quadrupole resonance device)；這個研究計畫可以在探測中進行頻譜掃描，例如爆裂物中的氮化合物。


電子工程專輯 2007/11/15 

相關連結：New NIST Mini-Sensor May Have Biomedical and Security Applications (NIST)