據(jù)外媒報(bào)道，弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所（Fraunhofer IAF）在激光閾值磁力計(jì)（LTM）研發(fā)方面取得了里程碑式的成果，首次測(cè)量了與磁場(chǎng)相關(guān)的受激輻射。該研究成果已發(fā)表于近期的 Science Advances 期刊，研究表明LTM背后所蘊(yùn)藏的原理將有助于開發(fā)應(yīng)用于醫(yī)療健康和疾病檢測(cè)領(lǐng)域的高靈敏磁場(chǎng)傳感器。Fraunhofer IAF的項(xiàng)目經(jīng)理Jan Jeske表示：“我們的目標(biāo)是開發(fā)一種極其靈敏的磁場(chǎng)傳感器，它能夠在室溫以及存在背景場(chǎng)的情況下工作，從而將惠及臨床應(yīng)用。”

這項(xiàng)突破源自2018年成立的DiLaMag項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在研究對(duì)生物醫(yī)學(xué)和臨床任務(wù)具備足夠敏感度的磁傳感器能否比現(xiàn)有平臺(tái)展現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益和簡(jiǎn)易性，因?yàn)楝F(xiàn)有平臺(tái)通常需要對(duì)傳感器進(jìn)行極端冷卻。DiLaMag項(xiàng)目旨在使用含有高氮空位（NV）中心的金剛石作為激光介質(zhì)。眾所周知，NV中心會(huì)吸收綠光并發(fā)出紅光，其亮度則會(huì)受外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響。由于NV中心非常小，這種效應(yīng)在理論上可以探測(cè)到具有高空間分辨率和靈敏度的磁場(chǎng)。

研究表明LTM背后所蘊(yùn)藏的原理將有助于開發(fā)應(yīng)用于醫(yī)療健康和疾病檢測(cè)領(lǐng)域的高靈敏磁場(chǎng)傳感器（圖源：Fraunhofer IAF）

當(dāng)Jeske和Fraunhofer IAF啟動(dòng)該項(xiàng)目時(shí)，他們預(yù)測(cè)激光閾值磁力計(jì)的靈敏度或能比現(xiàn)有的NV系列產(chǎn)品高出兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)，并且可以媲美最先進(jìn)的超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）。據(jù)Fraunhofer IAF稱，新的研究結(jié)果首次證明了磁場(chǎng)相關(guān)的受激發(fā)射。

該項(xiàng)目使用NV金剛石作為激光介質(zhì)，通過受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)了64%的信號(hào)功率放大。據(jù)悉，與磁場(chǎng)相關(guān)的受激輻射顯示出33%的對(duì)比度，而最大輸出功率達(dá)到了毫瓦（mW）級(jí)。同時(shí)，該研究項(xiàng)目還在NV金剛石中觀察到一種有價(jià)值且以往未知的物理過程—即綠光激光照射引發(fā)的紅光吸收。

測(cè)量結(jié)果顯示，與磁場(chǎng)相關(guān)的受激輻射顯示出33%的對(duì)比度。（圖源：Fraunhofer IAF）

Jeske表示：“受激輻射是造成這種情況的原因，我們能夠證明該記錄是無法通過自發(fā)輻射實(shí)現(xiàn)的。因此，我們首次通過實(shí)驗(yàn)證明了激光閾值磁力計(jì)的理論原理。”通常情況下，制造具有適當(dāng)高密度的NV中心和所需光學(xué)特性的金剛石本身就是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。對(duì)此，DiLaMag項(xiàng)目研究了通過化學(xué)氣相沉積（CVD）和后處理（電子輻照以及溫度處理）等手段來生產(chǎn)金剛石，以提高NV密度。

該項(xiàng)目利用吸收光譜監(jiān)測(cè)金剛石生產(chǎn)過程中NV中心的形成，從而建立了NV密度、使用高通量輻照替代氮的轉(zhuǎn)化，以及電荷穩(wěn)定性之間的相關(guān)性。Fraunhofer IAF的研究結(jié)果證實(shí)，生產(chǎn)具有高密度NV中心和高質(zhì)量的CVD金剛石的技術(shù)是可行的，這是開發(fā)用于測(cè)量極小磁場(chǎng)的基于金剛石的激光閾值磁力計(jì)的先決條件。

該研究項(xiàng)目在論文中評(píng)論道：“NV中心的相干讀出數(shù)值為量子缺陷和金剛石NV磁場(chǎng)傳感器的新型腔和激光應(yīng)用鋪平了道路，顯著提高了這類傳感器在醫(yī)療健康、科研和采礦領(lǐng)域的應(yīng)用靈敏度。”