Forskare mäter rutinmässigt magnetfält för att bättre förstå ett brett spektrum av naturfenomen inklusive geologiska rörelser, solstormar, neuronal kommunikation i hjärnan, och kemiska processer i molekylär skala.

Många toppmoderna magnetfältsmätningar utförs i skärmade miljöer med noggrant kontrollerade förhållanden. Ändå har betydande framsteg i magnetometerkänslighet också åtföljts av seriösa försök att föra dessa magnetometrar till utmanande arbetsmiljöer.

I AVS Quantum Science , forskare från University of Washington, Johannes Gutenberg-Universitatet, och University of California, Berkeley ger en översikt över hur forskarvärlden har uppnått dessa känsliga mätningar i extrema miljöer såväl som utanför starkt kontrollerade miljöer. Forskarna diskuterar sätt på vilka olika huvudsakligen optiskt pumpade magnetometerteknologier har anpassats för användning i ett brett spektrum av bullriga och fysiskt krävande miljöer.

"Du kommer att se några bilder och diskussion om magnetometerutplaceringar som inte vanligtvis ses i vanliga vetenskapliga tidskriftsartiklar, " sa författaren Kai-Mei Fu. "Vi ville lyfta fram alla saker som kan gå "fel" för att motivera användningen av de verktyg och knep som samhället har utvecklat för att mildra dessa utmaningar."

Medan magnetometrar med hög känslighet är attraktiva för att mäta minutsignaler, Försöksledare måste också kämpa med miljön där mätningen kommer att göras.

Forskarna utforskar relevanta magnetiska bruskällor som finns allestädes närvarande i laboratoriet, fält, och stadsmiljöer, som en bil som passerar eller en hiss i rörelse. Forskarna utforskar de vanliga teknikerna för att förbättra signalen och minska bruset, kasta ljus över nya hybridsensorer där det kan vara särskilt användbart att koppla olika sensormodaliteter när man hanterar utmanande miljöer.

Forskarna undersöker de fysiska utmaningar som presenteras i praktiska, högkänslig magnetometri, särskilt inom ett av magnetometrins huvudområden, studiet av material. För dessa studier, sensorer måste kunna fungera i extrema temperaturer, från extrem värme till kryogen kyla, och i tryck som sträcker sig från mycket högt till mycket lågt.

De utforskar också magnetometri på cellnivå, eftersom ett stort intresse har uppstått för användningen av magnetometri för att studera biologiska processer och biomolekylära strukturer hos levande organismer, inklusive magnetometri i hjärnan, nerver, och muskler.

"Den nuvarande omfattningen av applikationer inom optiskt pumpade magnetometrar är verkligen enorm - från att övervaka magnetiska störningar i nära rymden till att detektera neural aktivitet, " sa Fu. "Vi hoppas att denna recension skulle ge läsaren en uppsättning allmänna och specifika idéer om hur man kan möta olika utmaningar som uppstår i vägen för verkliga magnetiska precisionsmätningar eller andra mätningar."