麻省理工学院工程师开发出新的磁场探测器，效率高1000倍

在该图像中，激光从拐角处的小平面进入合成金刚石，并在钻石内部反弹，直到其能量耗尽。这种图像中的激发，激光光从其角落的小平面进入合成菱形，并在钻石内部反弹，直到其能量耗尽。这激发了可用于测量磁场的“氮空位”。

麻省理工学院的工程师开发了一种新的超敏磁场探测器，比其前辈更能节能1000倍。检测器可能导致更好的医学成像和违禁品检测传感器。

磁场检测器或磁力计已用于所有这些应用。但现有技术有缺点：有些依赖于燃气腔室;其他人仅在狭窄的频段上工作，限制了他们的实用程序。

具有氮空位的合成钻石（NVS） - 对磁场极其敏感的缺陷 - 长期承诺作为高效，便携式磁力计的基础。关于缩略图的大小的钻石芯片可能包含量的氮空位，每个空位都能够进行自己的磁场测量。

问题一直在聚合所有这些测量。探测氮空位需要用激光划分，它吸收并重新发射。发射光的强度带有关于空位的磁力状态的信息。

“过去，只使用一小部分泵浦灯刺激了一小部分NVS，”杰米森职业发展助理教授和新设备的设计师之一Dirk Englund说，Dirk Englund说。“我们利用几乎所有泵浦光线来测量几乎所有的NV。”

麻省理工学院研究人员在最新问题的自然物理中报告了他们的新设备。本文的第一作者是Hannah Clevenson，是MIT林肯实验室MIT林肯实验室的物理学家的高级作者Englund和Danielle Braje建议的电气工程师。他们加入了Englund的学生Matthew Trusheim和Carson Tearle（他也在林肯实验室）和Mit Mit在MIT研究实验室的博物馆的MITDOC。

讲缺席

纯钻石是碳原子的晶格，不与磁场相互作用。氮空位是晶格中的缺失原子，与氮原子相邻。空缺中的电子确实与磁场相互作用，这就是为什么他们对感测有用。

当光颗粒 - 光子 - 在氮空间中撞击电子时，它将其踢到更高的能量状态。当电子电子倒入其原始能量状态时，它可能会释放其作为另一光子的多余能量。然而，磁场可以翻转电子的磁取向或旋转，从而增加其两个能量状态之间的差异。领域越强，它将翻转的旋转越多，越好缺失空缺发出的光的亮度。

通过这种类型的芯片制定精确的测量需要尽可能多地收集这些光子。在先前的实验中，Clevenson表示，研究人员通常通过引导芯片表面的激光激发氮空位。

“只有一小部分光被吸收，”她说。“大多数它只是直接穿过钻石。我们通过将该棱镜面添加到钻石的拐角并将激光耦合到侧面来获得巨大的优势。我们投入钻石的所有光都可以被吸收并有用。“

覆盖基地

研究人员计算了激光束应该进入晶体的角度，使其保持局限于，偏离侧面 - 像泳台桌周围的不知疲倦的提示球 - 以跨越晶体的长度和宽度所有能量都被吸收。

“你可以在路径长度接近米，”Englund说。“就好像你有一个米长的钻石传感器包裹成几毫米。”因此，随着前辈所做的，该芯片使用泵激光器的能量1000倍。

由于氮空位的几何形状，重新发射的光子以四个不同的角度出现。晶体一端的透镜可以收集20％并将它们聚焦到光检测器上，这足以产生可靠的测量。

“NV中心非常友好，”美国海军航空系统命令的物理学家弗兰克纳德克斯说。“你只有这个小型固态样本。你不必为此做任何事情。你不必把它放在真空中。你不必低声冷却它。为了让他们兴奋，你可以使用绿色激光 - 激光指针足够好。你不必以稳定的激光方式有任何超级幻想。“

“这对此是酷的，这就是他们使用样品本身就像波导一样，反弹光线，”他继续。“他们的样本很小。因为激光不一定是特别特殊的，所以也可能很小。所以你可以设想非常小的磁力计。相应地，你可以让他们非常便宜。“

“从海军角度来看，”他补充说，“我们谈论了很多，你可能会在海洋的一些区域飞越，你想进行一些测量，所以你只是扔掉了一些少量的这些。如果你得到一个非常高灵敏度的磁力计，那真的很便宜，那将是一个非常好的应用。“

出版物：Hannah Clevenson等，“宽带磁体和温度传感与轻捕钻石波导”，“自然物理（2015）; DOI：10.1038 / nphys3291

研究报告的PDF副本：宽带磁力测定和温度传感光捕获金刚石波导

图像：H. Clevenson / MIT林肯实验室