麻省理工学院的工程师们开发出了一种新型的超灵敏磁场探测器，它比之前的探测器节能1000倍。这种探测器可以用于医疗成像和违禁品检测。

 

磁场探测器或磁强计已经用于所有这些应用。但现有的技术也存在缺陷:一些技术依赖于充满气体的腔室;另一些只在狭窄的频段工作，限制了它们的用途。

 

具有氮空位(NVs)的人造钻石——对磁场极其敏感的缺陷——长期以来被认为是高效便携式磁力计的基础。一个指甲盖二十分之一大小的钻石芯片可以包含数万亿的氮空位，每个空位都能进行自己的磁场测量。

 

问题是要把所有的测量结果汇总起来。探测氮空位需要用激光照射氮空位，氮空位吸收并重新发出激光。发射的光的强度携带着关于空位磁态的信息。天富平台优势

 

“过去，只有一小部分泵浦光被用来激发一小部分的NVs，”Jamieson电子工程和计算机科学职业发展助理教授Dirk Englund说，他也是新设备的设计者之一。“我们利用几乎所有的泵浦光来测量几乎所有的NVs。”

 

麻省理工学院的研究人员在最新一期的《自然物理》上报道了他们的新设备。这篇论文的第一作者是电气工程专业的研究生汉娜·克莱文森(Hannah Clevenson)，她的导师是资深作者英格伦(Englund)和丹妮尔·布拉杰(Danielle Braje)，后者是麻省理工学院林肯实验室的物理学家。和他们一起的还有英格伦的学生马修·特鲁希姆和卡森·蒂尔(他们也在林肯实验室工作)，以及麻省理工学院电子研究实验室的博士后蒂姆·Schröder。

 

告诉缺席

 

纯钻石是由碳原子组成的晶格，不与磁场相互作用。氮空位是晶格中与氮原子相邻的缺失原子。空位中的电子确实会与磁场相互作用，这就是为什么它们对传感有用。天富平台优势

 

当一个光粒子——光子——撞击氮空位中的电子时，它会把电子踢到一个更高的能量状态。当电子回落到原来的能量状态时，它可能会以另一个光子的形式释放多余的能量。然而，磁场可以翻转电子的磁性方向，即自旋，从而增加电子两种能态之间的差值。磁场越强，旋转次数越多，空位发出的光的亮度就会改变。

 

用这种芯片进行精确测量需要收集尽可能多的光子。Clevenson说，在以前的实验中，研究人员经常通过引导激光照射芯片表面来激发氮空位。

 

“只有一小部分光被吸收，”她说。“大部分都直接穿过钻石。我们通过在钻石的角上加上这个棱镜面，并将激光耦合到侧面，获得了巨大的优势。我们放入钻石中的所有光都可以被吸收，这是很有用的。”

 

覆盖了基地

 

研究者的角度计算激光束应进入晶体仍将承压,反射双方——就像一个不知疲倦的母球弹在台球桌——在一个模式,跨越的长度和宽度水晶之前所有的能量吸收。

 

“你的路径长度可以接近一米，”英格伦说。“这就好像你把一个一米长的钻石传感器包裹在几毫米之内。因此，该芯片利用泵浦激光能量的效率是其前辈的1000倍。

 

由于氮空位的几何结构，重新发射的光子以四个不同的角度出现。晶体一端的一个透镜可以收集其中的20%，并将它们聚焦到一个光探测器上，这就足以产生一个可靠的测量结果。

 

美国海军空中系统司令部的物理学家Frank Narducci说:“NV中心非常适合合作。”“你只有这个小小的固态样本。你不需要对它做任何事。你没必要把它放在真空里。你不需要对它进行低温冷却。为了让它们兴奋起来，你可以用一个绿色的激光笔——一个激光笔就足够了。在稳定激光方面，你不需要有任何超炫的东西。”

 

他继续说:“最酷的是，他们利用样品本身就像一个波导，来反射光线。”“他们的样本非常小。因为激光不一定是什么特别的东西，也可以是很小的。所以你可以想象非常小的磁力计。相应地，你可以让它们变得非常便宜。”