德國(guó)弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所（IAF）發(fā)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(qiáng)計(jì)研究中取得了重要進(jìn)展， 可通過(guò)受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)64%的信號(hào)功率放大， 并顯示出創(chuàng)紀(jì)錄的33%的超高對(duì)比度。 該研究將為進(jìn)一步開發(fā)一種用于室溫和現(xiàn)有背景場(chǎng)下的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器鋪平道路。 相關(guān)成果已發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》 雜志上。

金剛石中的NV 中心是由一個(gè)氮原子和一個(gè)碳空位組成的原子系統(tǒng)。 在被綠色激光照射時(shí)， 會(huì)激發(fā)出紅光。 由于這些原子級(jí)NV 中心的光度取決于外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度， 因此它們可用于高空間分辨率的微磁場(chǎng)測(cè)量。

研究人員成功地制造出具有高密度NV 中心的金剛石， 進(jìn)而研發(fā)高精細(xì)的NV 激光腔， 首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激光閾值磁強(qiáng)計(jì)的理論原理。

IAF 研究人員揚(yáng)·杰斯克博士解釋說(shuō)： “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(shí)可顯著地提高測(cè)量精度?！?/p>

杰斯克團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD） 工藝在金剛石生長(zhǎng)中實(shí)現(xiàn)了高水平的氮摻雜， 并使用電子束和熱處理技術(shù)， 在后處理工序中使NV 密度增加了20~70 倍。 在表征過(guò)程中， 他們優(yōu)化了3 個(gè)關(guān)鍵因素： 高NV 密度、 通過(guò)高通量輻照來(lái)實(shí)現(xiàn)可以取代氮的高轉(zhuǎn)化率和高電荷穩(wěn)定性， 從而成功地生產(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(hào)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(guò)受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)了64%的信號(hào)功率增加， 還創(chuàng)造了一項(xiàng)紀(jì)錄： 與磁場(chǎng)相關(guān)的發(fā)射顯示出33%的對(duì)比度和mW 范圍內(nèi)的最大輸出功率。