基于金刚石固态单自旋的纳米尺度零场探测*

赵鹏举 孔飞 李瑞 石发展† 杜江峰

1) (中国科学技术大学近代物理系,中国科学院微观磁共振重点实验室,合肥 230026)

2) (中国科学技术大学,合肥微尺度物质科学国家研究中心,合肥 230026)

3) (中国科学技术大学,量子信息与量子科技前沿协同创新中心,合肥 230026)

在单分子层面对物质的特性进行表征在当今科学发展中有着重要意义,例如生物、化学、材料科学等.通用纳米尺度传感器的到来有望实现物质科学的一个长远目标—室温大气环境下的单分子结构解析.近些年来,金刚石中氮-空位(NV)色心作为一种固态自旋逐渐发展成兼具高空间分辨率和高探测灵敏度的纳米尺度传感器.由于其无损、非侵入的特性,在单分子测量方面具有非常出色的表现.到目前为止,NV 传感器已经实现了对磁场、电场、温度等诸多物理量的高灵敏度探测,是一种潜在的多元化量子传感器.结合多角度的交叉测量,有助于提升对新物质、新材料、新现象的认识与理解.本文从NV 传感器的微观结构出发,简要介绍了在零场这一特殊磁场条件下的几篇探测工作,包括零场的顺磁共振探测和电场探测.

1 引言

随着物质科学的发展,人们愈发重视微观结构和宏观物性的联系,相应的各种纳米尺度的检测手段层出不穷,如X 射线晶体衍射[1]、扫描探针显微镜[2]以及能够突破光学衍射极限的超分辨光学方法[3,4]等.金刚石中氮-空位(NV)色心是最近十几年新兴的纳米尺度量子传感器[5],在量子信息……