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微波偏振實驗數據圖
微波偏振實驗數據圖
更新时间:2025-02-20 17:25:16

微波偏振實驗數據圖?光明日報合肥8月29日電(記者丁一鳴通訊員王敏)日前,中國科學技術大學中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、石發展、孔飛等人在微波磁場測量領域取得重要進展,基于金剛石氮-空位色心量子傳感器實現了皮特斯拉水平的高靈敏微波磁場測量,相比此前該體系實現的亞微特斯拉指标水平,測量靈敏度提升了近十萬倍相關研究成果發表于《科學進展》,今天小編就來聊一聊關于微波偏振實驗數據圖?接下來我們就一起去研究一下吧!

微波偏振實驗數據圖(靈敏度提升近十萬倍)1

微波偏振實驗數據圖

光明日報合肥8月29日電(記者丁一鳴通訊員王敏)日前,中國科學技術大學中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、石發展、孔飛等人在微波磁場測量領域取得重要進展,基于金剛石氮-空位色心量子傳感器實現了皮特斯拉水平的高靈敏微波磁場測量,相比此前該體系實現的亞微特斯拉指标水平,測量靈敏度提升了近十萬倍。相關研究成果發表于《科學進展》。

微波在人類生活和科學研究中無處不在。日常生活中,移動通信所使用的電磁波便屬于微波範疇,發展微波測量技術對無線通信的發展有重要價值。科學研究中,實現對高頻微波的高靈敏測量能夠為高場高頻磁共振譜學、太赫茲成像甚至天文學觀測提供基礎支撐。

利用從原理上革新的量子傳感技術能夠大大提升微波的測量靈敏度,這在過去的十幾年中得到廣泛研究和發展。目前,常見的量子傳感器包括裡德堡原子、原子磁力計、超導量子幹涉儀、金剛石NV色心等。其中NV色心體系因獨特的載體穩定性和室溫大氣環境兼容性,成為極具發展前景的固态量子傳感器,提升探測靈敏度是最重要的發展方向之一。

提升靈敏度最直接的途徑是利用大量NV色心開展并行測量。由于單個NV色心的尺寸隻有原子級,因此即使是毫米級芯片大小的金剛石中也可以集成數以億萬計的NV色心。但是随着尺寸的增加,對所有的NV色心同步地進行量子調控變得更加困難。

因此,研究人員提出一種無須複雜量子調控的測量方案,大幅地提高金剛石中NV色心的利用率。其基本原理是NV色心在激光的連續激發下會持續産生熒光,當空間中存在一個與NV色心能級共振的弱微波時,熒光亮度會下降,下降幅度與微波幅度的平方成正比,也就是說當待測微波很弱時,熒光的響應極其微弱。

為提升NV色心對微波的響應,研究團隊借鑒傳統外差測量的思路,提出了連續外差微波探測方法:引入一個稍強的輔助微波與被測微波幹涉,産生拍頻振蕩,相應的NV熒光也會産生頻率為拍頻振蕩,其振幅與待測微波幅度成正比,相當于用輔助微波“放大”了待測微波。

利用該方法,研究團隊在體積為0.04立方毫米包含2.8*1013個NV色心的金剛石量子傳感器上成功實現了單位時間靈敏度為8.9皮特斯拉的微波磁場測量,相比此前該體系實現的亞微特斯拉指标水平,測量靈敏度提升了近十萬倍。

該方法避免了複雜的同步量子操控,可以直接推廣到包含更多NV色心的更大體積的金剛石量子傳感器上,未來有望将測量靈敏度進一步提升至0.1皮特斯拉水平量級甚至更高。由于省去了與量子操控配套的硬件裝置,該方案為金剛石量子傳感系統的小型化和芯片化奠定基礎。同時也向着金剛石量子傳感器在無線通信、磁共振檢測等領域的實用化邁出重要一步。

《光明日報》( 2022年08月30日08版)

來源: 光明網-《光明日報》

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