Harry Cohen Tanugi

Une percée pourrait permettre de détecter des anomalies cérébrales précoces grâce à des diamants laser

Une collaboration multinationale a conduit à la découverte d'un nouveau capteur en diamant à base de laser qui peut mesurer les champs magnétiques jusqu'à 10 fois mieux que ce que font les instruments actuels, selon une étude de la Commission européenne. communiqué de presse de l'université dit.

Les mesures de champs magnétiques sont aujourd'hui largement utilisées dans le domaine de la médecine. Imagerie par résonance magnétique (IRM), qui combine l'utilisation d'un aimant et d'ondes radio pour observer les organes et les structures à l'intérieur du corps, est devenue un outil important pour l'examen du cerveau et de la moelle épinière et la recherche de signes précoces de maladies.

D'autre part, grâce aux progrès de la technologie médicale, nous pouvons désormais mesurer les champs magnétiques produits par les courants électriques à l'intérieur de nos cerveaux. Grâce à une technique appelée magnétoencéphalographie (MEG), les cliniciens peuvent désormais cartographier l'activité cérébrale et rechercher les endroits qui pourraient être à l'origine de crises d'épilepsie ou repérer les neurones défectueux pendant les activités normales du cerveau.

Les défis de la MEG

Si des technologies comme la MEG sont une aubaine pour la communauté médicale, l'installation et le fonctionnement de ces machines représentent un défi majeur. L'instrument qui permet de mesurer le champ magnétique est coûteux et remplit une pièce entière qui nécessite un blindage magnétique. Il exige également des températures ultra-froides pour maintenir l'hélium utilisé dans l'instrument à l'état liquide. Le plus difficile, c'est que le patient doit rester absolument immobile pendant les mesures.

Des chercheurs de l'Institut royal de technologie de Melbourne (RMIT) ont collaboré avec l'Institut de recherche sur les maladies infectieuses. Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF) en Allemagne pour chercher des moyens d'améliorer la détection de ces ondes et ont découvert que le diamant utilisé pour ces détections pouvait être encore amélioré.

Le rôle du diamant dans le MEG

Les diamants font partie des instruments utilisés aujourd'hui pour la détection des champs magnétiques. L'intensité de la lumière qui provient des défauts quantiques du diamant change avec la force du champ magnétique. Les chercheurs ont toutefois constaté que la majeure partie de la lumière émise par le diamant est perdue.

En convertissant cette lumière en laser, les chercheurs ont pu la collecter intégralement, ce qui a permis de décupler la détection du champ magnétique.

Les chercheurs prévoient qu'un instrument MEG fabriqué avec leur diamant émetteur de laser sera beaucoup plus petit que les instruments actuels et pourra être rendu portable si nécessaire. Au lieu de rester assis, les patients pourraient pratiquement marcher avec le MEG développé à l'aide de cette nouvelle technologie. Comme l'instrument ne nécessiterait pas d'hélium liquide, il fonctionnerait également à température ambiante.

L'instrument, dont la construction pourrait prendre jusqu'à cinq ans, sera utile pour détecter les signes précoces de maladies telles que la démence, La maladie d'Alzheimeret l'épilepsie.

Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le journal Science Advances.

Résumé

Les centres NV (nitrogen-vacancy) chargés négativement dans le diamant sont des capteurs quantiques de champ magnétique prometteurs. La théorie de la magnétométrie à seuil laser prédit une meilleure sensibilité de l'ensemble des centres NV via une augmentation de l'intensité du signal et du contraste du champ magnétique. Ici, nous démontrons expérimentalement la magnétométrie à seuil laser. Nous utilisons une cavité laser macroscopique à haute finesse contenant un milieu de gain en diamant hautement dopé NV et faiblement absorbant, pompé à 532 nm et amorcé par résonance à 710 nm. Ceci permet une amplification de la puissance du signal de 64% par émission stimulée. Nous testons la dépendance de l'amplification au champ magnétique et démontrons ainsi une émission stimulée dépendante du champ magnétique à partir d'un ensemble de centres NV. Cette émission présente un contraste ultra élevé de 33% et une puissance de sortie maximale dans le régime du milliwatt. La lecture cohérente des centres NV ouvre la voie à de nouvelles applications de cavités et de lasers de défauts quantiques et à des capteurs de champ magnétique NV en diamant avec une sensibilité considérablement améliorée pour les secteurs de la santé, de la recherche et des mines.



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