Твердотельные квантовые магнитометры помогут учёным найти водные миры в далёком космосе

Вода, как известно, основа жизни. Именно поэтому среди всех небесных тел Солнечной системы предметом особого интереса (и будущих космических путешествий) остаются спутники газовых и ледяных гигантов, такие как Европа Юпитера, Энцелад Сатурна и другие. Под толстой коркой льда на них плещутся глубокие океаны. А обнаружить их удалось благодаря магнитометрии.

Её принцип довольно прост. Солёная вода хорошо проводит электричество, поэтому океан с солёной водой — не что иное, как гигантская электрическая цепь. Мощное магнитное поле родительской планеты наводит в ней достаточно сильные токи, вызывающие его возмущение. Таким образом было подтверждено предполагавшееся ранее существование океана на Европе, когда искажение магнитного поля Юпитера в её окрестностях было измерено магнитометром зонда "Галилео".

До недавних пор магнитометры были громоздкими приборами флагманского класса. Но развитие квантовых технологий позволило совершить прорыв в их микроминиатюризации.

Твердотельные квантовые магнитометры — это новый класс приборов, способных измерять магнитные поля с достаточной чувствительностью, при этом с меньшими размерами, весом и потребляемой мощностью. Кроме того, их отличают такие квантовые преимущества, как самокалибровка по спин-ядерному квантовому взаимодействию — то есть магнитометр может компенсировать дрейф с течением времени. Эта особенно важно для многолетних миссий в условиях космического холода и испепеляющей радиации.

Твердотельные магнитометры делают из полупроводников (алмаза или карбида кремния) с квантовыми центрами окраски — дефектами кристаллической решётки, в которых не хватает атома или введён атом другого элемента. Благодаря своим квантово-спиновым свойствам эти центры окраски чувствительны к магнитным полям окружающей среды. Изменение цвета можно считывать электрически и/или оптически.

В лаборатории реактивного движения NASA созданы два твердотельных магнитометра: карбид-кремниевый SiCMAG и твердотельный квантовый с оптической накачкой OPuS-MAGNM.

"Квантовые датчики не только открывают новые возможности для науки, но также дают возможность уменьшить масштаб приборов прежнего форм-фактора до размера и стоимости, позволяющих проводить научные исследования флагманского класса на платформах класса CubeSat", — говорит автор второго варианта доктор физики Ханнес Краус.