德國弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所(IAF)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(fā)射實現(xiàn)64%的信號功率放大，并顯示出創(chuàng)紀(jì)錄的33%的超高對比度。

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(tǒng)。在被綠色激光照射時，會激發(fā)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(fā)高精細(xì)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(zhì)時可顯著提高測量精度。”

杰斯克團隊通過CVD(化學(xué)氣相沉積)工藝在金剛石生長中實現(xiàn)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(yōu)化了3個關(guān)鍵因素：高NV密度、通過高通量輻照實現(xiàn)取代氮的高轉(zhuǎn)化率和高電荷穩(wěn)定性，從而成功生產(chǎn)出具有高密度NV中心的高質(zhì)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(fā)發(fā)射而不是受激發(fā)射或激光輸出。現(xiàn)在，IAF的研究人員不僅通過受激發(fā)射實現(xiàn)了64%的信號功率增加，還創(chuàng)造了一項紀(jì)錄：與磁場相關(guān)的發(fā)射顯示出33%的對比度和毫瓦(mW)范圍內(nèi)的最大輸出功率。