Los sensores de campo magnético más sensibles jamás construidos tienen un serio problema logístico. Los dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID) solo funcionan cerca del cero absoluto y requieren una criogenia compleja. Los magnetómetros atómicos del tipo de relajación libre de intercambio de espín (SERF) exigen un blindaje casi perfecto frente a la interferencia magnética externa. Ambas restricciones alejan el sensor de aquello que intenta medir, lo que es una mala noticia para cualquiera que espere detectar las débiles señales magnéticas del cerebro humano.
Un equipo dirigido por Wei Ji, de la Universidad de Pekín, junto con Dmitry Budker y sus colegas de Maguncia y Berkeley, ha demostrado ahora un tipo distinto de magnetómetro: un diminuto imán que flota en una cámara de vacío del tamaño aproximado de una fiambrera y lee campos magnéticos a escala de femtotesla, diez mil millones de veces más débiles que el campo magnético terrestre. El trabajo aparece en Science.
El imán sensor mide menos de un milímetro de diámetro; es un disco de aproximadamente 410 micrómetros de radio y 380 micrómetros de grosor, sostenido en el aire por el equilibrio de dos fuerzas. Una pila de 80 imanes de disco situada encima lo empuja hacia arriba contra la gravedad, mientras que una placa de grafito pirolítico debajo, un material diamagnético que genera su propio campo opuesto, lo empuja hacia arriba y lo estabiliza. Un láser se refleja en la superficie pulida del imán flotante y llega a un detector sensible a la posición, de modo que cualquier inclinación causada por un campo externo se lee de forma óptica.
Como el imán no tiene contacto mecánico con nada, queda aislado del ruido vibratorio que afecta a los instrumentos convencionales. Como es ferromagnético, sus espines están intrínsecamente alineados a temperatura ambiente, con una densidad de espín de unos 10^22 cuantos de espín por centímetro cúbico, aproximadamente siete órdenes de magnitud superior a la del vapor de rubidio que se emplea en los magnetómetros atómicos. Eso suprime de forma drástica el ruido de proyección de espín que limita otros diseños. El amortiguamiento de Gilbert, el mecanismo por el que un ferromagneto relaja las perturbaciones de su magnetización, promedia las fluctuaciones individuales de espín en nanosegundos, de modo que el sensor mide en la práctica una señal colectiva limpia.
Los detalles de ingeniería revelan lo exigente que es el régimen de femtotesla. El equipo sustituyó una cámara de vacío de aluminio por una de vidrio porque las corrientes parásitas en el metal generaban ruido de Johnson que contaminaba la medición. Molieron el estabilizador de grafito pirolítico hasta convertirlo en polvo y lo aglutinaron con epoxi, confinando las corrientes parásitas a pequeños bucles en lugar de grandes y reduciendo la disipación de forma drástica. El modo torsional del imán levitante resuena a unos 305 hercios con un factor de calidad cercano a 12.000, una oscilación de pérdidas notablemente bajas.
El resultado es una sensibilidad de 32 femtoteslas por raíz cuadrada de hercio en resonancia, a temperatura ambiente y en presencia del campo terrestre, tolerando campos residuales de hasta el rango del militesla. Eso iguala el rendimiento de los SQUID y de los magnetómetros SERF sin necesidad de sus requisitos. La frecuencia de resonancia también puede sintonizarse dinámicamente ajustando el campo de levitación, lo que permite un funcionamiento en bucle cerrado en un rango de frecuencias más amplio.
La motivación es en parte biomédica. Las señales magnéticas de la actividad eléctrica del cerebro son extraordinariamente débiles, y cuanto más cerca del cuero cabelludo pueda situarse un sensor, más fuerte es la señal que detecta. El diseño levitante reduce la distancia entre la muestra y el sensor a unos pocos cientos de micrómetros, un orden de magnitud más cerca de lo que permiten los sistemas criogénicos. La misma física se aplica a las señales cardiacas y a la física fundamental: el grupo lleva tiempo interesado en usar magnetómetros de precisión para buscar candidatos a materia oscura y fuerzas exóticas dependientes del espín, y un ferromagneto levitado es una plataforma inusualmente limpia para esas búsquedas.
Hay salvedades. La sensibilidad a nivel de femtotesla solo se alcanza en la resonancia torsional; la sensibilidad de banda ancha lejos de ella es mucho más modesta, del orden de 200 picoteslas por raíz cuadrada de hercio a frecuencias más altas. El presupuesto de ruido está dominado por el ruido de Johnson de los materiales conductores circundantes, de modo que la ingeniería de la cámara y del estabilizador importa tanto como la física. A escala de femtotesla, señala el grupo, incluso una fina lámina de aluminio introduce 100 femtoteslas de ruido. Y aunque el magnetómetro rivaliza en sensibilidad con las tecnologías establecidas, aún no se ha demostrado sobre un cerebro vivo.
El funcionamiento basado en la resonancia también condiciona lo que el sensor puede y no puede hacer. El magnetómetro es más sensible cerca de su resonancia torsional, de unos 305 hercios, una banda estrecha; las señales cerebrales, sin embargo, abarcan un espectro amplio, buena parte de él a frecuencias más bajas. El equipo demostró que la resonancia puede desplazarse de unos 260 a 318 hercios ajustando el campo de levitación, lo que apunta a un modo de bucle cerrado que sigue la señal a medida que se desplaza. Si el enfoque puede extenderse al régimen de baja frecuencia y banda ancha, donde vive la mayor parte de las señales biomagnéticas, es una cuestión abierta clave, y la respuesta determinará la rapidez con la que el dispositivo pase de demostración de física a instrumento biomédico.
Aun así, la combinación de funcionamiento a temperatura ambiente, tolerancia al campo terrestre y proximidad extrema a la muestra convierte este diseño en una vía inusualmente práctica hacia la magnetometría portátil o junto a la cama del paciente. Los siguientes pasos son ampliar el ancho de banda y demostrar una medición biológica real. Si tienen éxito, la aguja de brújula levitante podría dar a la neurociencia una nueva ventana a la vida eléctrica del cerebro, sin un solo litro de helio líquido.
Traducido por Alessandra
Fuentes: Ji, W., Xu, C., Qu, G. & Budker, D. Levitated sensor for magnetometry in ambient environment. Science 393, 607-610 (2026). DOI: 10.1126/science.adx1707. Preprint: arXiv:2504.21524. Nature News, 6 de agosto de 2026.