中科大首次實現高靈敏的金剛石量子傳感器

2020-12-06 RFID世界網

記者從中國科大獲悉，該校杜江峰院士等提出並通過實驗實現了一種以金剛石氮-空位(NV)色心單自旋為量子傳感器(簡稱「金剛石量子傳感器」)的電探測方法，並首次實現了金剛石近表面電噪聲信息的提取，為金剛石量子傳感器在電探測方向的應用提供新的途徑。研究成果日前以「編輯推薦」形式發表在的《物理評論快報》上。

對電、磁等基本物理量高解析度高靈敏度的探測在物理、材料、生命科學等領域均有重要應用。金剛石中的NV色心以其室溫大氣環境下優越的相干性質而成為高靈敏的磁量子傳感器。NV色心作為量子傳感器，最終實用化的目標是將其應用於金剛石體外信號表徵，但是金剛石近表面磁噪聲環境複雜，NV色心易受到磁信號幹擾。

為此，科研人員提出了一種能抑制磁信號和噪聲同時對電場敏感的方法。他們設計了一種連續動力學解耦序列，形成特定的綴飾態空間，有效地抑制了NV色心對磁場的響應，同時保留對電場的線性響應，從而構建了一個更加有效的電信號量子傳感器。利用這種新的電探測方法，研究發現除了金剛石上表面的電噪聲，距離金剛石表面約10納米深的內部的電噪聲也不可忽略。通過建立模型與定量的實驗研究這兩處電噪聲，發現它們之間存在顯著的相關性。新方法對磁噪聲呈現出高度抑制的作用，因此可以被用於金剛石近表面純電噪聲信息的提取，還有助於更準確地分析表面噪聲的性質和來源，從而進行針對性的消除。

這一成果有望在材料的電磁性質表徵領域取得重要應用，由於其具有室溫大氣環境下單個電子電荷的探測靈敏度，還可用於凝聚態以及半導體等材料的電信號表徵。


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