灵敏度提升近十万倍的方法，灵敏度提升近十万倍的产品

光量子盒研究所制作

提升微波场检测灵敏度能直接促进很多当代运用，比如无线通讯、电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance，EPR)、高场磁共振，甚至包括天文观测。金钢石里的氮位置(NV)色心由于其磁性灵敏度、可靠性与和自然条件的兼容模式成为该类用途最有前景的候选者。但是，已有的根据NV色心的磁力计在微波波长的灵敏度比较有限。

近日，中国科学技术大学中国科学院外部经济核磁共振重点实验室杜江峰、石发展趋势、孔飞等根据NV色心量子传感器完成了皮特斯拉汽车(pT)水准的高精度微波电磁场精确测量，对比先前该管理体系达到的亚微特斯拉汽车指标值水准，精确测量灵敏度提高了近十万倍。8月10日，有关成效以《含有金钢石传感器微波场皮特斯拉汽车磁性精确测量》问题，发表于《科学进展》刊物上[1]。

本次实验操作中，精英团队给出了“持续外差检测方式”，根据引进适当的和稍微失谐的参照微波来提升弱微波吸收：在532nm激光发生器的照耀下，不断运用的参照微波会电磁干扰微波，造成NV荧光光谱（photoluminescence）的震荡。

“持续外差检测方式”的原理。(A)NV色心的简单化电子能级。共震微波克服了∣0?∣1?的自旋越迁。(B)不一样大小的小微波驱动NV色心的演变。针对强微波，自旋态在∣0?和∣1?中间展现拉比震荡，工作频率Ω与微波幅度正相关；针对弱微波，震荡以和微波幅度的平方米成正比例的速度衰减系数：指数衰减。(C和D)直接跟外差检测较为。针对立即检验(C)，相对稳定的微波幅度也会产生直流电莹光数据信号；针对外差检验(D)，微波影响也会产生随着时间变动的幅度，进而产生沟通交流莹光数据信号。

试验团队在一个4×10-2mm3的高效感应器容积内对2.8×1013个NV色心结合展开了演试。数据显示，在1000秒总精确测量期限内，可检测出0.28pT的微波场，相对应的灵敏度为8.9pT·Hz-1/2，对比先前该管理体系达到的亚微特斯拉汽车指标值水准，精确测量灵敏度提高了近十万倍。值得关注的是，实验步骤中所需要的参照微波抗压强度仅是200nT，频率分辨率为1/t，在t=10000s中为0.1mHz。这一方式适用生产制造更多的金钢石感应器，进一步提高灵敏度的前提下，也很好地推动了其实践应用。