德國弗勞 恩霍夫應用固體物理研究所（IAF）發(fā)布公告稱(chēng)，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(jìn)展，可通過(guò)受激發(fā) 射實(shí)現64%的信號功率放大，并顯示出創(chuàng )紀錄的33%的超高對比度。該研究將為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)用于室溫和現有背景場(chǎng)下的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器鋪平道路。相關(guān)成果 發(fā)表在近日的《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。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NV中心的光度取決于外部磁場(chǎng)的強度，因此它們可用于高空間分辨率的微磁場(chǎng)測量。
研究人員成功制造出具有高密度NV中心的金剛石，進(jìn)而研發(fā)高精細的NV激光腔，首次通過(guò)實(shí)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(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(zhù)提高測量精度?！?/p>
杰斯克團隊通過(guò)CVD（化學(xué)氣相沉積）工藝在金剛石生長(cháng)中實(shí)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(guò)程中，他們優(yōu)化了3個(gè)關(guān)鍵因素：高NV密度、通過(guò)高通量輻照實(shí)現取代氮的高轉化率和高電荷穩定性，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?，F在，IAF的研究人員不僅通過(guò)受激發(fā)射實(shí)現了64%的信號功率增加，還創(chuàng )造了一項紀錄：與磁場(chǎng)相關(guān)的發(fā)射顯示出33%的對比度和毫瓦（mW）范圍內的最大輸出功率。