Сверхчувствительные сенсоры магнитного поля для магнитокардиографии

Данный проект посвящен разработке нового типа сенсоров магнитного поля на основе монокристаллических пленок ферритов-гранатов. Отличительной особенностью разрабатываемых магнитомодуляционных сенсоров является их высокая чувствительность (~ 10 фТл/Гц^(1/2)) для измерения статических и переменных магнитных полей на частотах до 1 МГц при комнатной температуре. Это обстоятельство делает их очень перспективными для применения в магнитокардиографии, поскольку в настоящее время магнитокардиографы используют СКВИД-магнитометры, требующие охлаждение до температуры жидкого гелия. Высокая чувствительность магнитного сенсора позволит решить задачу измерения и визуализации сверхслабых магнитных полей (до 1 фТл) при комнатной температуре. Данное направление исследований крайне актуально для развития новых высокочувствительных методов диагностики различных социально значимых заболеваний человека, таких как ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, гипертрофия миокарда. Общий принцип работы магнитомодуляционного сенсора заключается в перемагничивании магнетика путем когерентного вращения вектора намагниченности в плоскости пленки и фиксации нарушения симметрии кривой перемагничивания в присутствии измеряемого магнитного поля. Нарушение симметрии происходит вследствие нелинейности процесса перемагничивания и выражается в появлении второй гармоники от частоты приложенного перемагничивающего поля. В проекте будут рассмотрены магнитомодуляционные сенсоры с двумя типами считывания: индукционным и магнитоплазмонным. В первом случае, регистрируется возникшая за счет явления электромагнитной индукции разность потенциалов в считывающей катушке, а во втором случае - регистрируются изменения поляризации или интенсивности отраженного или прошедшего света. В результате выполнения проекта будут получены новые магниточувствительные элементы с однородным вращением намагниченности, высокой магнитной восприимчивостью и малым затуханием, что является актуальной задачей не только для магнитосенсорики, но и для микромагнетизма в целом. Для достижения высокой чувствительности магнитомодуляционного сенсора будет применен ряд новых технологических подходов, позволяющих регулировать величину одноосной и кубической анизотропии и уменьшать ширину линии ферромагнитного резонанса. Впервые для измерения кривой перемагничивания будет использовано магнитооптическое считывание, усиленное с помощью магнитоплазмонных эффектов. Магнитоплазмонные кристаллы будут реализованы на основе гибридных структур: тонкая пленка феррита граната с заданным типом магнитной анизотропии и одномерные или двумерные решетки щелей или отверстий в тонких пленках золота. Важно отметить, что плазмонное покрытие даст возможность измерять кривую перемагничивания не только за счет эффекта Фарадея, но и за счет интенсивностных магнитооптических эффектов (экваториального эффекта Керра, меридионального интенсивностного эффекта), что позволит на порядок увеличить чувствительность магнитомодуляционного сенсора и существенно улучшить его пространственное разрешение. Для решения поставленной задачи Московский центр квантовой оптики и квантовых технологий (МЦКТ) (базовая научная организация), ФГБУ «Российский кардиологический научно-производственный комплекс» Минздрава России (ФГБУ «РКНПК») (научная организация) и Таврический национальный университет имени В. И. Вернадского (находится в стадии реорганизации в Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского) (ТНУ) (образовательная организация) заключили договор о создании совместной научной лаборатории “Сверхчувствительные сенсоры магнитного поля для медико-биологических применений“. Наличие в составе такой междисциплинарной лаборатории квалифицированных специалистов в области микромагнетизма и плазмоники, медицинской диагностики и технологии синтеза тонких монокристаллических магнитных пленок дает все основания ожидать решения всех поставленных в проекте задач и получения результатов мирового уровня.