超灵敏磁强计可将信号功率放大64%

德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（IAF）发布公告称， 该所研究人员在基于金刚石氮-空位（NV） 中心的超灵敏激光阈值磁强计研究中取得了重要进展， 可通过受激发射实现64%的信号功率放大， 并显示出创纪录的33%的超高对比度。 该研究将为进一步开发一种用于室温和现有背景场下的高灵敏度磁场传感器铺平道路。 相关成果已发表在《科学进展》 杂志上。

金刚石中的NV 中心是由一个氮原子和一个碳空位组成的原子系统。 在被绿色激光照射时， 会激发出红光。 由于这些原子级NV 中心的光度取决于外部磁场的强度， 因此它们可用于高空间分辨率的微磁场测量。

研究人员成功地制造出具有高密度NV 中心的金刚石， 进而研发高精细的NV 激光腔， 首次通过实验验证了激光阈值磁强计的理论原理。

IAF 研究人员扬·杰斯克博士解释说： “由于其材料特性， 具有高密度NV 中心的金刚石在用作激光介质时可显著地提高测量精度。”

杰斯克团队通过化学气相沉积（CVD） 工艺在金刚石生长中实现了高水平的氮掺杂， 并使用电子束和热处理技术， 在后处理工序中使NV 密度增加了20~70 倍。 在表征过程中， 他们优化了3 个关键因素： 高NV 密度、 通过高通量辐照来实现可以取代氮的高转化率和高电荷稳定性， 从而成功地生产出具有高密度NV 中心的高质量CVD 金刚石。

此前， NV 中心已被用于量子磁传感， 但信号一直是自发发射而不是受激发射或激光输出。 现在， IAF 的研究人员不仅通过受激发射实现了64%的信号功率增加， 还创造了一项纪录： 与磁场相关的发射显示出33%的对比度和mW 范围内的最大输出功率。