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中科院制备出微型光电一体化集成钻石量子磁传感器

作者:admin     发布时间:2022-05-14 11:04 点击数:

  上海微系统所制备出微型光电一体化集成钻石量子磁传感器,图片来自中国科学院上海微系统与信息技术研究所

  NV色心在常温下具有稳定量子态,可以在非制冷室温下工作。同时,钻石量子磁传感器以其高空间分辨率、高灵敏度、高生物兼容性等技术优势,在近场微观磁共振、磁异常探测、生命科学等领域具有重要应用前景。

  小型化、集成化、便携化是钻石量子传感器取得实际应用的重要条件。此次,前述团队基于晶圆级微机电工艺平台,利用标准微纳加工技术,制备出钻石量子磁传感器的核心——钻石芯片。芯片内部集成微波辐射结构,实现了原位微波量子态操控。研究采用金属热压键合技术,实现了钻石单晶与硅晶圆的异质集成,确保机械稳定性。钻石芯片耦合带有梯度变化折射率透镜的光纤模块,实现了“光进光出”工作模式,缩小了探头尺寸,实现了钻石磁强计探头的高集成度。

  研究进一步表明,采用双频共振技术可以同时进行磁场和温度场的同步实时测量,不仅通过温漂抑制提高了磁场测量的信噪比,并且确保了传感器温度的稳定性。

  研究人员提出的制备工艺可以在晶圆级进行拓展,具有批量化制备的潜力,为建立高一致性、高灵敏度的可穿戴传感器阵列提供了可能性。目前,钻石量子磁传感器整体尺寸仅有20×15×1.5立方毫米(mm^3),灵敏度达到2.03nT·Hz^(−1/2)(Hz为赫兹,nT为纳特斯拉)。同时,该钻石磁传感器可以对小于0.5毫米(甚至更小)的目标区域进行近距离测量,具有在心磁、脑磁等弱磁信号探测场景的应用潜力,为后续实用化的可穿戴生物磁传感器奠定研究基础。

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