프라운호퍼 연구진, NV 다이아몬드 레이저 시스템으로 광학 대비 100%의 자기장 감지 최초 구현

ㅇ 다이아몬드 기반 양자센서 개발

- 독일 프라운호퍼(Fraunhofer IAF) 연구진은 높은 감도와 넓은 측정 범위를 동시에 구현한 다이아몬드 기반 양자센서를 개발함

- 연구진은 다이아몬드의 질소-공공(NV) 중심을 레이저 공진기에 통합하고, 기존 형광 측정 대신 레이저 신호를 활용해 감도와 동적 범위 간 성능 비율을 기존 최고 수준 대비 최대 590배 개선함

- 특히 100% 광학 대비를 최초로 구현했으며, 이번 성과는 의료 진단, 항법 및 자원 탐사 분야에서 활용될 가능성이 있음

ㅇ 광학 대비 100% 최초 구현

- 연구진은 NV 중심과 레이저 공진기 내부 광장 사이의 강한 결합을 활용해 기존 기술에서 수%에 불과했던 광학 대비를 100%까지 높이는 데 성공함

- 또한 최대 50mW의 고출력 레이저 판독 신호를 구현했으며, 광자 산탄잡음이 주요 잡음원이라는 가정하에 자기장 벡터의 세 성분 각각에서 400 fT/√Hz 미만의 감도를 달성할 수 있음을 제시함

- 이번 연구는 광학 대비가 100%에 가까워질수록 센서 감도가 비선형적으로 향상될 수 있음을 최초로 실험 입증함

ㅇ 기존 기술 대비 최대 590배 성능 개선

- 이번에 개발된 NV 다이아몬드 레이저 센서는 자기장의 크기와 방향을 측정하는 기능을 유지하면서도 기존 센서 대비 감도와 측정 범위 간 성능 비율을 최대 590배 개선함

- 연구진은 자기장 변화에 따라 레이저 발진 임계값이 이동한다는 사실을 실험적으로 입증했으며, 이를 통해 기존 자기장 센서의 성능 간 상충관계를 극복할 가능성을 제시함

- 향후 심장·근육·뇌의 생체 자기신호 감지, 자기장 기반 항법, 자원 탐사 및 보안 분야 등에 활용될 것으로 기대됨

Source: Fraunhofer