中科大首次实现高灵敏的金刚石量子传感器

记者从中国科大获悉，该校杜江峰院士等提出并通过实验实现了一种以金刚石氮-空位(NV)色心单自旋为量子传感器(简称“金刚石量子传感器”)的电探测方法，并首次实现了金刚石近表面电噪声信息的提取，为金刚石量子传感器在电探测方向的应用提供新的途径。研究成果日前以“编辑推荐”形式发表在的《物理评论快报》上。

对电、磁等基本物理量高分辨率高灵敏度的探测在物理、材料、生命科学等领域均有重要应用。金刚石中的NV色心以其室温大气环境下优越的相干性质而成为高灵敏的磁量子传感器。NV色心作为量子传感器，最终实用化的目标是将其应用于金刚石体外信号表征，但是金刚石近表面磁噪声环境复杂，NV色心易受到磁信号干扰。

为此，科研人员提出了一种能抑制磁信号和噪声同时对电场敏感的方法。他们设计了一种连续动力学解耦序列，形成特定的缀饰态空间，有效地抑制了NV色心对磁场的响应，同时保留对电场的线性响应，从而构建了一个更加有效的电信号量子传感器。利用这种新的电探测方法，研究发现除了金刚石上表面的电噪声，距离金刚石表面约10纳米深的内部的电噪声也不可忽略。通过建立模型与定量的实验研究这两处电噪声，发现它们之间存在显著的相关性。新方法对磁噪声呈现出高度抑制的作用，因此可以被用于金刚石近表面纯电噪声信息的提取，还有助于更准确地分析表面噪声的性质和来源，从而进行针对性的消除。

这一成果有望在材料的电磁性质表征领域取得重要应用，由于其具有室温大气环境下单个电子电荷的探测灵敏度，还可用于凝聚态以及半导体等材料的电信号表征。