我院在金刚石色心矢量磁场探测研究中取得重要进展

近日，我院量子精密测量团队在金刚石色心实验系统中实现了矢量磁场与温度的联合同步测量。相关成果以“Joint Quantum Sensing of Vector Magnetic Field and Temperature with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond”为题发表在《应用物理快报》（Appl. Phys. Lett. 123, 244002 (2023).）。

多个物理量尤其是磁场与温度的联合同步实时监测在材料科学、生物物理和工程领域都有巨大的应用前景，但实现起来并不容易。近年来，金刚石由于其本身性质稳定具有较高对称性，内部色心能级对多种物理量敏感，且可以通过光探测磁共振（ODMR）手段非接触测量，已经成为量子精密测量领域的重要组成部分，引起了科研人员的广泛关注。在该x项目中，我院师生自行研发了基于可编程逻辑单元阵列（PFGA）的锁相放大器，实现了六通道实时锁相放大，结合外磁场精确调控和多频激发技术，实现了对氮-空位（NV）色心系综中三个不同取向自旋能级的精确实时测量。在此基础上，通过实时计算，实现了矢量磁场和温度的同步实时测量，测量灵敏度分别为0.87nT/sqrt(Hz)和0.32mK/sqrt(Hz)，同时在磁场信号和温度信号之间保持了23dB的隔离度。该工作首次在NV色心系统中实现了矢量磁场和温度的同步实时测量，将在凝聚态物理磁性相变以及生物物理的研究中发挥作用。

该工作为高精度的磁场探测提供了一种新的解决方案。合肥工业大学为论文第一单位，硕士研究生朱信翼为论文第一作者，范经纬副研究员和陈冰教授为论文通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和合肥工业大学中央高校业务费等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0174016

范经纬/图文  高伟清/审核