德国高灵敏量子磁力仪正在走向工业

光子盒研究院出品

目前，磁力仪仅在有限的范围内适用于工业用途，因为它们的操作复杂，并且在某些情况下只有在极端冷却的情况下才能使用。此外，对于许多应用来说，它们的空间分辨率太低或灵敏度太低。

出于这个原因，来自德国弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer）六个研究所的研究人员在量子磁力仪项目(简称QMag)中联合起来，开发能够以前所未有的空间分辨率、灵敏度和室温条件对微小磁场进行成像的传感器。弗劳恩霍夫灯塔项目的目标是将量子磁力仪从大学研究环境转移到具体的工业应用中：到2024年，项目合作伙伴计划实现量子磁力仪在纳米电子学、化学分析和材料测试中的工业应用。

据介绍，弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(Fraunhofer IAF)开发的金刚石量子磁力仪能够以几纳米的空间分辨率探测到单个电子和核自旋的磁场。由于材料的物理性质，金刚石量子磁力仪能够在室温下工作，非常适合工业应用。

在2022年4月底举办的慕尼黑光博会(LASER World of PHOTONICS)上，弗劳恩霍夫IAF将展示两个有前景的项目。

QMag由弗劳恩霍夫协会和巴登-符腾堡州共同出资1000万欧元启动。弗劳恩霍夫应用固态物理研究所IAF、弗劳恩霍夫物理测量技术研究所IPM和弗劳恩霍夫材料力学研究所IWM组成了QMag的核心团队。另外三个弗劳恩霍夫研究所贡献了它们的科学和技术能力:弗劳恩霍夫微工程和微系统研究所IMM、弗劳恩霍夫集成系统和设备技术研究所IISB和格拉斯哥弗劳恩霍夫应用光子学中心CAP。

在QMag项目中，正在测试两个系统，它们基于相同的物理测量原理和方法，但针对不同的应用：一方面，研究人员正在开发一种基于金刚石NV色心的成像扫描探针磁力仪，用于精确测量纳米电子电路；另一方面，他们正在实现基于超灵敏光泵磁力仪(OPM)的测量系统，用于材料测试和过程分析。

QMag的项目协调员Ralf Ostendorf博士说：“关于扫描探针磁力仪，我们在项目的前半部分在金刚石传感器探头的开发和优化方面取得了巨大进展。这既关系到高质量金刚石的生长，也关系到NV中心在金刚石探头中的定向生成和放置。此外，研究人员还开发了微透镜以及合成的磁性纳米粒子，它们被引入到金刚石探头，以进一步优化它们的精度和效率。”

弗劳恩霍夫IAF在量子磁力仪领域提出的第二个研究项目旨在应用于医学诊断：在“用于超灵敏激光阈值磁力仪的NV掺杂CVD金刚石”(简称DiLaMag)项目中，一个团队正在研究开发一种极其敏感的传感器。例如，可以测量人体心脏和大脑活动的微弱磁场，这可以用来在早期检测疾病。

DiLaMag项目负责人Jan Jeske博士解释说：“我们的目标是开发一种极其灵敏的磁场传感器，它可以在室温和现有背景下工作，因此可用于临床实施。”

在今年的慕尼黑光博会上，将首次有一个专门讨论量子技术的展区：在量子世界(A4展厅)，参展的弗劳恩霍夫IAF、IPM和IWM将展示他们的项目QMag。联合展览将展示OPMs的材料测试。

弗劳恩霍夫IAF还将展示其在金刚石生长以及NV掺杂金刚石领域的研究工作，并展示NV金刚石测量的基本原理。

https://www.iaf.fraunhofer.de/en/media-library/press-releases/highly-sensitive-quantum-magnetometers.html