据东京工业大学的科学家报道，利用氮空位中心的高灵敏度金刚石量子磁力计可以实现毫米级分辨率的脑磁图(MEG)。这种基于连续波光学检测磁共振的新型磁力计，标志着实现环境条件下的MEG和其他实际应用迈出了重要一步。

　　脑磁图(MEG)是一种生物医学成像技术，通过使用非常灵敏的磁力计记录大脑中神经元产生的自然电流产生的磁场，用于绘制大脑活动。目前，MEG需要一个磁屏蔽室进行操作。实现在正常环境中工作而不需要磁屏蔽的MEG是一个主要目标。这将使日常诊断、脑机接口和脑功能基础研究成为可能。

　　采用氮空位(NV)中心的金刚石量子传感器的磁力计是实现环境条件磁磁图的有希望的候选者。这些传感器有望提供比传统的厘米级meg更好的毫米级分辨率。值得注意的是，NV中心是钻石结构中的缺陷，由一个氮原子取代了一个碳原子，旁边是一个空位。一种常用的测量NV中心磁场的方法是连续波光探测磁共振(CW-ODMR)。在这种方法中，在激光照射NV中心时，使用连续的微波场来控制NV中心的自旋态。这种激光诱导的荧光强度随外部磁场的变化而变化。通过测量荧光的这些变化，可以检测和测量外部磁场。与其他方法相比，该方法简单易行，可实现毫米级分辨率。

　　在这项技术的基础上，来自日本的一组研究人员，由东京工业大学电气与电子工程系的Naota Sekiguchi副教授领导，最近开发了一种新型灵敏的金刚石量子磁力计。“临床可接受的MEG要求在合理的测量时间内，在5-100 Hz的近直流频率范围内，灵敏度至少在皮特斯拉(pT)数量级。目前，金刚石磁力计需要一个磁通量集中器(MFC)来实现这种灵敏度。然而，mfc降低了磁强计的固有空间分辨率。此外，对于meg，由于磁场衰减随距离呈指数增长，因此需要较短的测量距离。为了克服这些挑战，我们设计了一种敏感的基于cw - odmr的金刚石磁力计，”Sekiguchi详细解释道。他们的研究发表在《物理评论应用》杂志上。

　　该磁力计采用高压高温(HPHT)法制备的单晶金刚石。合成HPHT后，平行于(111)晶面切出一块晶体，在1000℃下进行电子束辐照退火，在晶体中产生带负电荷的NV中心。该NV中心集成放置在传感器头部，设计用于接近目标约1毫米，传感体积为4 x 10-3 mm3。该系综由波长为532纳米的线偏振绿色激光激发，并采用高折射率半球面透镜提高激光诱导荧光的收集效率。

　　通过仔细调整实验条件，研究人员在没有MFC的情况下，在5到100 Hz的频率范围内获得了9.4±0.1 pT Hz-1/2的灵敏度。此外，Allan偏差分析表明，该磁力计可以测量低至0.3 pT的磁场，并能长时间保持显著的灵敏度。此外，它的设计适合实际应用，如活体动物的MEG。

　　本研究获得的高灵敏度标志着实现毫米级分辨率的环境条件MEG迈出了重要的一步。展望未来，Sekiguchi总结道:“在未来，我们计划使用本研究开发的传感器测量动物的MEG，并使用钻石量子传感器实现MEG测量。最终，我们的目标是在不需要磁屏蔽的情况下实现MEG。”

　　参考

　　作者:N. Sekiguchi

　　1，*，富西美先生

　　2A.吉村

　　1C. Shinei

　　3宫川先生

　　4T.谷口

　　4特拉吉

　　3——H.亚伯

　　5小野田

　　5——大岛彻

　　5——畑野先生

　　1， mr . Sekino

　　2和T. Iwasaki

　　1题目:直流灵敏度低于10 pT Hz的金刚石量子磁力计

　　?1/2生物磁场测量学报:物理评论应用DOI: 10.1103/PhysRevApplied.21.064010

　　1电气与电子学系

　　日本东京工业大学nic工程系

　　2日本东京大学生物工程系

　　3日本国立材料科学研究所电子与光学材料研究中心

　　4日本国立材料科学研究所材料纳米结构研究中心

　　5日本国家量子科学技术研究院高崎先进量子科学研究所