研究前沿|兆巴高压下的金刚石NV中心光探磁共振

近日，中国科学院物理研究所团队成功在兆巴高压下实现了金刚石NV中心自旋量子调控和量子传感。在这个工作中，研究人员在0-140 GPa范围内测量了金刚石微米颗粒中NV集群的光致发光谱(PL)和光探磁共振谱(ODMR)，实验展示了金刚石NV量子传感所需的核心元素，包括激光激发、微波调控、以及荧光读出等，均可在近140 GPa的高压下实现，而且其工作机理与常压情况一致，用532 nm激光即可实现其自旋极化和读出。

研究人员还在80 GPa高压下实现了金刚石NV中心自旋量子态相干调控，并用该微区量子探针实现了磁场和应力张量的原位测量。这些结果为进一步提升NV量子传感工作压强指明了方向，包括制备更均匀和更好的静水压条件，以及提升NV荧光收集效率等。研究结果加深了我们对金刚石NV中心自旋和光学性质的理解，极大地拓展了金刚石自旋量子传感的工作压强区间，也为进一步提升其工作压强和探测灵敏度给出了指引，有望促进量子传感在凝聚态物理、材料科学、地球科学等领域前沿研究中的应用。

图文解析与研究内容 ：首次在兆巴高压(1 Mbar=100 GPa)下实现金刚石氮空位(Nitrogen-vacancy, NV) 中心光探磁共振实验测量，获得NV中心自旋和光学性质随压强变化规律，极大地拓展了金刚石自旋量子传感的工作区间。

图1 兆巴高压下金刚石NV中心光探磁共振和量子传感。左上：金刚石对顶砧和NV中心示意图。左下：NV中心零场劈裂（D）随压强变化规律。中：不同压强下微米金刚石中集群NV中心光探磁共振谱线，外加磁场为零。右上：80Pa压强下用NV中心测得的外加磁场矢量演化结果。

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