Development of Quantum Magnetic Tunneling Junction Sensor Arrays for Brain Magnetoencephalography (MEG) under Natural Settings

自然环境下脑磁图 (MEG) 量子磁隧道结传感器阵列的开发

基本信息

  • 批准号:
    10723802
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-11 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary The long-term objective of this project is to develop a revolutionary quantum mechanical solid-state magnetometer designed to non-invasively detect femtoTesla (fT) scale magnetic fields derived from the brain’s electrical activities during natural human experiences. The project has been designed to address the vision of the NIH Brain Initiative: Transformative Brain Non-invasive Imaging Technology Development. The core component of the magnetometer is a quantum-based magnetic tunnel junction (MTJ), a nanoscale sensing device with potentially unprecedented sensitivity and performance. Through a series of steps and interdisciplinary collaboration, this project is expected to increase the sensitivity of the current MTJs by several orders of magnitude and to develop triaxial MTJ sensors capable of recording the brain's magnetic fields with the highest information density. Once the desired sensitivity is achieved, the project will build a whole-head 300-channel magnetoencephalographic (MEG) system based on MTJs, which can operate fully untethered, without the need for an expensive magnetically shielded room or nulling coils. By design, the sensors will be immune to natural head motion, further enabling the system to function in natural environment. The project will address several challenges in designing and producing sensors that can detect magnetic fields as low as 50 fT. First, the project will improve the detectability of current prototype sensors by several orders of magnitude by using a series of innovative approaches in sensor design, atomic engineering, fabrication, and noise reduction. Second, the project will design and package triaxial sensors that can simultaneously measure tangential and radial magnetic fields. Third, the project will reduce the size of the sensors by more than five times compared to other technologies, so that more sensors can be implemented on a full-head helmet to improve spatial resolution and localization. Finally, and importantly, the project will increase the field dynamic range of the sensors over the technologies based on OPM (optically pumped magnetometer) and SQUID (superconducting quantum interference device), so that the MTJ-MEG system can operate without the need of magnetic shielding to allow real-world applications. Once these groundbreaking MTJ sensors are developed, the project will integrate the MTJ-MEG system architecture and make it available for verifying performance versus competing technologies. The project will use the MTJ-MEG system to assess brain related signals during sensory stimulation, cognitive processing, and motor actions. If successful, this project will develop a transformative MTJ-MEG system with unpresented levels of performance to produce a dynamic picture of the brain under natural settings covering the whole lifespan.
项目摘要 该项目的长期目标是开发革命性的量子机械固态 磁力计设计用于非侵入性检测vestotesla(ft)尺度磁场的磁场 自然体验期间的电活动。该项目旨在解决 NIH大脑倡议:变革性的大脑非侵入性成像技术开发。核心 磁力计的组件是基于量子的磁性隧道连接(MTJ),纳米级传感器 具有前所未有的灵敏度和性能的设备。通过一系列步骤和 跨学科合作,预计该项目将使当前MTJ的敏感性增加几个 数量级和开发三轴MTJ传感器,能够记录大脑的磁场 最高的信息密度。一旦达到所需的灵敏度,该项目将建立一个全面 基于MTJS的300通道磁脑(MEG)系统,该系统可以完全不受束缚, 不需要昂贵的磁性屏蔽室或无效的线圈。根据设计,传感器将是 免疫自然头运动,进一步使系统在自然环境中运行。该项目将 解决设计和生产传感器的几个挑战,这些传感器可以检测到低至50的磁场 英尺首先,该项目将通过几个数量级来改善当前原型传感器的检测 通过在传感器设计,原子工程,制造和噪音中使用一系列创新方法 减少。其次,该项目将设计和包装三轴传感器,可以轻松测量 切向和径向磁场。第三,该项目将将传感器的大小降低超过五个 与其他技术相比 改善空间分辨率和本地化。最后,重要的是,该项目将增加场地动态 基于OPM(光学泵送磁力计)和鱿鱼的技术范围 (超导量子干扰装置),以便MTJ-MEG系统可以运行,而无需 磁性屏蔽以允许实际应用。一旦开发了这些开创性的MTJ传感器, 该项目将集成MTJ-MEG系统体系结构并使其可用于验证性能 相对于竞争技术。该项目将使用MTJ-MEG系统评估与大脑相关的信号 在感觉刺激,认知处理和运动动作中。如果成功,这个项目将开发 具有未达到性能水平的变革性MTJ-MEG系统,以产生动态图片 大脑在自然环境下涵盖整个寿命。

项目成果

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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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数据更新时间:2024-06-01

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