據外媒報道，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）研發方面取得了里程碑式的成果，首次測量了與磁場相關的受激輻射。該研究成果已發表于近期的 Science Advances 期刊，研究表明LTM背后所蘊藏的原理將有助于開發應用于醫療健康和疾病檢測領域的高靈敏磁場傳感器。Fraunhofer IAF的項目經理Jan Jeske表示：“我們的目標是開發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學和臨床任務具備足夠敏感度的磁傳感器能否比現有平臺展現更高的經濟效益和簡易性，因為現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。眾所周知，NV中心會吸收綠光并發出紅光，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應用于醫療健康和疾病檢測領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有的NV系列產品高出兩到三個數量級，并且可以媲美最先進的超導量子干涉儀（SQUID）。據Fraunhofer IAF稱，新的研究結果首次證明了磁場相關的受激發射。

該項目使用NV金剛石作為激光介質，通過受激發射實現了64%的信號功率放大。據悉，與磁場相關的受激輻射顯示出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的紅光吸收。

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輻射實現的。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。”通常情況下，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。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）等手段來生產金剛石，以提高NV密度。

該項目利用吸收光譜監測金剛石生產過程中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化，以及電荷穩定性之間的相關性。Fraunhofer IAF的研究結果證實，生產具有高密度NV中心和高質量的CVD金剛石的技術是可行的，這是開發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療健康、科研和采礦領域的應用靈敏度。”