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超靈敏磁強(qiáng)計(jì)實(shí)現(xiàn)64%的信號(hào)功率增加 高密度NV中心的金剛石顯著提高測量精度
2022年06月10日 10:25:49
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：3887
近日，德國弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所的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(xì)的NV激光腔，首次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激光閾值磁強(qiáng)計(jì)的理論原理。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】磁強(qiáng)計(jì)是一種用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的傳感器，用于測定地磁場的大小與方向，即測定航天器所在處地磁場強(qiáng)度矢量在本體系中的分量，其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防、航空航天、海洋、氣象、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。
在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，磁強(qiáng)計(jì)能夠用于地磁場變化監(jiān)測和地質(zhì)年代檢測；在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，磁強(qiáng)計(jì)常被用來檢測人體磁場并輔助疾病診斷；在國防上，磁強(qiáng)計(jì)可以應(yīng)用在磁性掃雷、炸彈探測、磁波通訊、磁探針和磁導(dǎo)航；在外層空間探測中，磁強(qiáng)計(jì)被用來進(jìn)行天體運(yùn)行、演變的磁場檢測。磁強(qiáng)計(jì)還能夠在衛(wèi)星姿態(tài)測控中測量空間磁場來提供衛(wèi)星姿態(tài)信息。
金剛石中的氮—空位(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)。由于這些原子級(jí)NV中心的光度取決于外部磁場的強(qiáng)度，因此它們可用于高空間分辨率的微磁場測量。并且由于材料特性，具有高密度NV中心的金剛石在用作激光介質(zhì)時(shí)可顯著提高測量精度。
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。近日，德國弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所的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(xì)的NV激光腔，首次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激光閾值磁強(qiáng)計(jì)的理論原理。
研究團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝在金剛石生長中實(shí)現(xiàn)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。在表征過程中，他們優(yōu)化了3個(gè)關(guān)鍵因素：高NV密度、通過高通量輻照實(shí)現(xiàn)取代氮的高轉(zhuǎn)化率和高電荷穩(wěn)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。
研究人員不僅通過受激發(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：與磁場相關(guān)的發(fā)射顯示出33%的對比度和毫瓦(mW)范圍內(nèi)的最大輸出功率。該研究將為進(jìn)一步開發(fā)用于室溫和現(xiàn)有背景場下的高靈敏度磁場傳感器鋪平道路。相關(guān)成果發(fā)表在近日的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
(資料來源：科技日報(bào))
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