超靈敏磁強計可將信號功率放大64%

德國弗勞恩霍夫應用固體物理研究所(IAF)發布公告稱，該所研究人員在基于金剛石氮-空位(NV)中心的超靈敏激光閾值磁強計研究中取得重要進展，可通過受激發射實現64%的信號功率放大，并顯示出創紀錄的33%的超高對比度。該研究將為進一步開發用于室溫和現有背景場下的高靈敏度磁場傳感器鋪平道路。相關成果發表在近日的《科學進展》雜志上。

金剛石中的NV中心是由一個氮原子和一個碳空位組成的原子系統。在被綠色激光照射時，會激發出紅光。由于這些原子級NV中心的光度取決于外部磁場的強度，因此它們可用于高空間分辨率的微磁場測量。

研究人員成功制造出具有高密度NV中心的金剛石，進而研發高精細的NV激光腔，首次通過實驗驗證了激光閾值磁強計的理論原理。

IAF研究人員揚·杰斯克博士解釋說：“由于其材料特性，具有高密度NV中心的金剛石在用作激光介質時可顯著提高測量精度。”

杰斯克團隊通過CVD(化學氣相沉積)工藝在金剛石生長中實現了高水平的氮摻雜，并使用電子束和熱處理，在后處理中使NV密度增加了20～70倍。在表征過程中，他們優化了3個關鍵因素：高NV密度、通過高通量輻照實現取代氮的高轉化率和高電荷穩定性，從而成功生產出具有高密度NV中心的高質量CVD金剛石。

此前，NV中心已被用于量子磁傳感，但信號一直是自發發射而不是受激發射或激光輸出。現在，IAF的研究人員不僅通過受激發射實現了64%的信號功率增加，還創造了一項紀錄：與磁場相關的發射顯示出33%的對比度和毫瓦(mW)范圍內的最大輸出功率。