據(jù)外媒報道，弗勞恩霍夫應用固體物理研究所（Fraunhofer IAF）在激光閾值磁力計（LTM）研發(fā)方面取得了里程碑式的成果，首次測量了與磁場相關(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背后所蘊藏的原理將有助于開發(fā)應用于醫(yī)療健康和疾病檢測領(lǐng)域的高靈敏磁場傳感器。Fraunhofer IAF的項目經(jīng)理Jan Jeske表示：“我們的目標是開發(fā)一種極其靈敏的磁場傳感器，它能夠在室溫以及存在背景場的情況下工作，從而將惠及臨床應用。”

這項突破源自2018年成立的DiLaMag項目，該項目旨在研究對生物醫(yī)學和臨床任務具備足夠敏感度的磁傳感器能否比現(xiàn)有平臺展現(xiàn)更高的經(jīng)濟效益和簡易性，因為現(xiàn)有平臺通常需要對傳感器進行極端冷卻。DiLaMag項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中心會吸收綠光并發(fā)出紅光，其亮度則會受外部磁場強度的影響。由于NV中心非常小，這種效應在理論上可以探測到具有高空間分辨率和靈敏度的磁場。

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

當Jeske和Fraunhofer IAF啟動該項目時，他們預測激光閾值磁力計的靈敏度或能比現(xiàn)有的NV系列產(chǎn)品高出兩到三個數(shù)量級，并且可以媲美最先進的超導量子干涉儀（SQUID）。據(jù)Fraunhofer IAF稱，新的研究結(jié)果首次證明了磁場相關(guān)的受激發(fā)射。

該項目使用NV金剛石作為激光介質(zhì)，通過受激發(fā)射實現(xiàn)了64%的信號功率放大。據(jù)悉，與磁場相關(guān)的受激輻射顯示出33%的對比度，而最大輸出功率達到了毫瓦（mW）級。同時，該研究項目還在NV金剛石中觀察到一種有價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。

測量結(jié)果顯示，與磁場相關(guān)的受激輻射顯示出33%的對比度。（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)輻射實現(xiàn)的。因此，我們首次通過實驗證明了激光閾值磁力計的理論原理?！蓖ǔＧ闆r下，制造具有適當高密度的NV中心和所需光學特性的金剛石本身就是一項挑戰(zhàn)。對此，DiLaMag項目研究了通過化學氣相沉積（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。

該項目利用吸收光譜監(jiān)測金剛石生產(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，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)用于測量極小磁場的基于金剛石的激光閾值磁力計的先決條件。

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