據(ju)外(wai)媒報道，弗勞恩(en)霍夫應(ying)用固(gu)體物理研究(jiu)所(suo)（Fraunhofer IAF）在激光閾值磁(ci)(ci)(ci)(ci)力計（LTM）研發(fa)方面取得了(le)里程碑式(shi)的(de)成(cheng)果，首次(ci)測(ce)量了(le)與磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)相關的(de)受激輻(fu)射。該研究(jiu)成(cheng)果已發(fa)表(biao)于(yu)近期的(de) Science Advances 期刊(kan)，研究(jiu)表(biao)明LTM背后所(suo)蘊藏(zang)的(de)原理將(jiang)有助于(yu)開發(fa)應(ying)用于(yu)醫(yi)療健(jian)康和疾病檢(jian)測(ce)領域的(de)高(gao)靈(ling)敏(min)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)傳感器。Fraunhofer IAF的(de)項目(mu)經理Jan Jeske表(biao)示：“我(wo)們(men)的(de)目(mu)標是開發(fa)一種極其靈(ling)敏(min)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)傳感器，它能夠在室溫以及存在背景場(chang)的(de)情況下工作(zuo)，從而(er)將(jiang)惠及臨(lin)床應(ying)用。”

這項突破(po)源自2018年(nian)成(cheng)立(li)的(de)(de)(de)DiLaMag項目，該項目旨在研(yan)究對(dui)生(sheng)物醫學(xue)和(he)臨床任務(wu)具(ju)(ju)備足夠敏感度(du)的(de)(de)(de)磁傳(chuan)感器能(neng)否比現有(you)平臺展現更高的(de)(de)(de)經濟效(xiao)益和(he)簡(jian)易性，因(yin)為(wei)現有(you)平臺通(tong)常(chang)需要對(dui)傳(chuan)感器進行極端(duan)冷卻。DiLaMag項目旨在使用含有(you)高氮空位(wei)（NV）中(zhong)心的(de)(de)(de)金剛(gang)石(shi)作(zuo)為(wei)激光(guang)介(jie)質。眾所周知，NV中(zhong)心會吸收綠光(guang)并發出紅光(guang)，其亮度(du)則會受外(wai)部磁場強度(du)的(de)(de)(de)影(ying)響。由(you)于NV中(zhong)心非(fei)常(chang)小，這種(zhong)效(xiao)應(ying)在理論上可以探(tan)測到具(ju)(ju)有(you)高空間分(fen)辨率和(he)靈敏度(du)的(de)(de)(de)磁場。

研究表明LTM背后所(suo)蘊藏的(de)原理將有助于開發應用(yong)于醫療健康和疾病檢測領域的(de)高靈敏磁場傳感器（圖源：Fraunhofer IAF）

當Jeske和(he)Fraunhofer IAF啟動該項目時(shi)，他們預測(ce)激(ji)光閾(yu)值(zhi)磁力計的(de)靈敏(min)度或能比(bi)現有的(de)NV系列產(chan)品高出兩到三個數量(liang)級，并且(qie)可以媲美(mei)最先進的(de)超導量(liang)子干涉儀（SQUID）。據Fraunhofer IAF稱，新的(de)研究結果(guo)首次(ci)證(zheng)明了磁場相關的(de)受激(ji)發射(she)。

該(gai)(gai)項目使用(yong)NV金剛石作為(wei)激光(guang)(guang)介質，通過受激發射(she)實現了64%的信(xin)號功率放大(da)。據悉，與磁(ci)場相關的受激輻射(she)顯示出(chu)33%的對比(bi)度(du)，而(er)最大(da)輸出(chu)功率達到了毫瓦（mW）級。同時，該(gai)(gai)研究(jiu)項目還在(zai)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(lv)光(guang)(guang)激光(guang)(guang)照射(she)引發的紅光(guang)(guang)吸(xi)收。

測量結果顯示，與磁場相關的受激輻射顯示出33%的對比度。（圖源：Fraunhofer IAF）

Jeske表(biao)示：“受激輻(fu)射是(shi)(shi)造成這種情況的(de)原(yuan)因(yin)，我們能夠證明(ming)該記錄是(shi)(shi)無(wu)法通(tong)過自發輻(fu)射實現的(de)。因(yin)此，我們首(shou)次通(tong)過實驗證明(ming)了(le)激光閾值磁力(li)計的(de)理(li)論原(yuan)理(li)。”通(tong)常情況下，制造具有適(shi)當高密度的(de)NV中心和(he)所需(xu)光學特性的(de)金剛石本身就是(shi)(shi)一項挑(tiao)戰(zhan)。對此，DiLaMag項目研究(jiu)了(le)通(tong)過化學氣相沉積(ji)（CVD）和(he)后處理(li)（電子輻(fu)照以(yi)及溫度處理(li)）等(deng)手段來生產金剛石，以(yi)提高NV密度。

該項目(mu)利用吸收光譜監測金(jin)(jin)剛石生產(chan)過程中NV中心的(de)形成(cheng)，從而建立了NV密(mi)(mi)度、使用高(gao)(gao)通量輻(fu)照替(ti)代(dai)氮的(de)轉化(hua)，以及電荷(he)穩定性(xing)(xing)之間的(de)相關性(xing)(xing)。Fraunhofer IAF的(de)研究結果證實，生產(chan)具有高(gao)(gao)密(mi)(mi)度NV中心和高(gao)(gao)質量的(de)CVD金(jin)(jin)剛石的(de)技術是可行(xing)的(de)，這是開(kai)發用于測量極小磁場的(de)基于金(jin)(jin)剛石的(de)激光閾(yu)值磁力(li)計的(de)先(xian)決條件(jian)。

該研究(jiu)項目在論(lun)文中評論(lun)道(dao)(dao)：“NV中心的相干讀出數值為量子缺陷和金剛石NV磁場(chang)傳感(gan)器的新型腔和激光應(ying)(ying)用鋪(pu)平了道(dao)(dao)路(lu)，顯著提高了這類傳感(gan)器在醫(yi)療健康、科研和采礦領域(yu)的應(ying)(ying)用靈敏度。”