Die Messung schwacher Magnetfelder ist wichtig — vom Kartieren der Gehirnaktivität über die Überwachung des Herzens bis zur Erforschung der Grundlagenphysik. Doch die empfindlichsten Instrumente benötigen meist sperrige und teure Infrastruktur: Tanks mit flüssigem Helium oder speziell abgeschirmte Räume, die das Erdmagnetfeld ausblenden. Nun berichten Forscher von einem Miniatur-Sensor, der bei Raumtemperatur bemerkenswerte Empfindlichkeit erreicht — ganz ohne diese Infrastruktur.
Das Team ließ eine winzige, permanentmagnetische Scheibe — kleiner als ein Reiskorn — in einer Glas-Vakuumkammer in der Luft schweben. Ein Magnetenstapel über der Kammer zieht die Scheibe gegen die Schwerkraft nach oben, während eine Graphitplatte darunter eine abstoßende Kraft liefert, die sie stabilisiert. Da der Magnet selbst der Sensor ist — er reagiert auf jedes äußere Magnetfeld —, lässt sich seine Bewegung auslesen, um die schwächsten Signale zu erfassen.
In Tests erreichte das schwebende Magnetometer eine Empfindlichkeit von etwa 32 Femtotesla pro Quadratwurzel Hertz: Feldern, die rund hundert Millionen Mal schwächer sind als das Erdmagnetfeld. Das ist vergleichbar mit deutlich größeren und teureren Systemen.
Der in einem neuen Paper beschriebene Ansatz gehört zum rasant wachsenden Feld der levitierten Optomechanik, in der mikroskopisch kleine Objekte gefangen und als hochempfindliche Sonden genutzt werden. Ein Magnetometer, das bei Raumtemperatur arbeitet und weiter verkleinert werden kann, könnte hochpräzise Magnetmessungen aus Speziallaboren herausholen.
Mögliche Anwendungen reichen von nicht-invasiver Gehirn- und Herzüberwachung über die Erkennung subtiler magnetischer Anomalien in der Geophysik bis hin zu Tests der Grundlagenphysik. Vorerst ist das schwebende Reiskorn ein Prinzipbeweis — doch er zeigt, dass die heikelsten Messungen nicht immer die aufwendigsten Maschinen brauchen.
