Исследователи использовали микроскопические дефекты в структуре алмаза для создания компактного устройства, способного измерять магнитное поле Земли. Этот прибор, известный как OSCAR-QUBE, имеет размеры всего десять сантиметров по каждой из сторон. В его основе лежит крошечный алмаз размером с чечевицу, который благодаря своим дефектам реагирует на изменения магнитного поля.
OSCAR-QUBE успешно функционировал на борту Международной космической станции в течение двух лет, с 2021 по 2022 годы. Этот эксперимент продемонстрировал потенциал квантовых магнитометров для использования в космосе. В будущем такие устройства могут стать частью небольших спутников, что значительно снизит затраты на их запуск.
Традиционные методы измерения магнитного поля Земли обычно используют крупные спутники, запуск которых требует значительных финансовых вложений. Квантовые датчики, напротив, позволяют создавать более компактные и чувствительные приборы.
Ключевым элементом OSCAR-QUBE являются так называемые NV-центры, или азотно-вакансионные центры. Эти дефекты возникают, когда один атом углерода в решетке алмаза отсутствует, а его место занимает атом азота.
NV-центры ведут себя как миниатюрные квантовые системы, реагирующие на магнитные поля изменением своих энергетических уровней.
Исследователи освещали алмаз лазерным светом и использовали микроволновое излучение для регистрации изменений в испускаемом свете. Эти изменения соответствовали колебаниям магнитного поля Земли. Такой метод позволил ученым создать карту пространственных различий в магнитном поле, находясь на орбите.
Несмотря на то что OSCAR-QUBE не превзошел по точности современные обычные магнитометры, он подтвердил свою работоспособность в реальных космических условиях. В дальнейшем планируется проведение дополнительных экспериментов для улучшения характеристик прибора.
Однако измерения, проведенные на борту МКС, были затруднены из-за помех от магнитного поля оборудования станции. В следующей миссии планируется использовать усовершенствованное квантовое оборудование, расположенное вне МКС, для получения более точных данных.
Совершенствование квантовых магнитометров может привести к их широкому применению в космических исследованиях. Такие устройства могут стать стандартными компонентами спутниковых группировок, предоставляя высокоточные магнитные данные при значительно меньших затратах на запуск.
