1月8日從中國科學技術(shù)大學了解到，該校中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰院士、王亞教授等人在量子精密測量領(lǐng)域取得重要進展。他們提出基于信號關(guān)聯(lián)的新量子傳感范式，實現(xiàn)對金剛石內(nèi)點缺陷的高精度成像，并實時觀測了點缺陷的電荷動力學。該研究成果日前在線發(fā)表于《自然-光子學》上。
量子傳感的發(fā)展，已使很多物理量的測量技術(shù)取得了革命性進展。以磁測量為例，當前實現(xiàn)結(jié)構(gòu)解析的量子傳感范式，需要對標記的自旋探測目標進行量子操控。然而，自然界中的很多物理現(xiàn)象既不包含自旋，也無法直接操控，如半導體中的電荷動力學導致的隨機電報信號。更重要的是，當多個探測對象信號重疊相互干擾，單個量子傳感器將無法對信號進行有效提取與分析。
基于此，研究團隊提出了一種新的量子傳感范式，即利用多個量子傳感器之間的信號關(guān)聯(lián)，提升對復雜對象的解析能力和重構(gòu)精度。研究團隊基于自主發(fā)展的氮-空位色心制備技術(shù)，可控制備出相距約200納米的三個氮-空位色心作為量子傳感系統(tǒng)，通過對隨機電場探測展示了這種新的量子傳感范式。
研究人員利用金剛石氮-空位色心激發(fā)態(tài)的直流斯塔克效應，來實現(xiàn)對電場的傳感。當某個點缺陷的電荷狀態(tài)發(fā)生改變時，三個氮-空位色心可以同時探測到因電荷變化而引起的電場變化。研究人員再利用三個色心間電場同時變化的關(guān)聯(lián)特征，可以從雜亂無章的漲落電場中解析出每個點缺陷對應的電場。并且由于每個點缺陷和三個氮-空位色心的相對空間位置不同，研究人員可以根據(jù)每個氮-空位色心所感受到的電場方向和大小的不同，來精確定位出點缺陷的空間位置。此外，研究團隊使用類似于衛(wèi)星定位的量子定位技術(shù)，成功對微米范圍內(nèi)16個點缺陷進行了定位，定位精度最高達到1.7納米?；谶@種關(guān)聯(lián)分辨和精確定位的能力，他們還實現(xiàn)了對每個點缺陷電荷動力學的原位實時探測，為研究體材料內(nèi)部點缺陷的性質(zhì)提供了新方法。
研究人員表示，這一成果展示了基于量子技術(shù)的超高靈敏度缺陷探測，甚至在一千億個正常原子中出現(xiàn)一個缺陷，這種情況也能探測到。這要比目前最靈敏方法的探測極限提升兩個數(shù)量級以上，有望為當前十納米以下芯片中的缺陷檢測提供一種強有力的技術(shù)手段。
1月8日從中國科學技術(shù)大學了解到，該校中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰院士、王亞教授等人在量子精密測量領(lǐng)域取得重要進展。他們提出基于信號關(guān)聯(lián)的新量子傳感范式，實現(xiàn)對金剛石內(nèi)點缺陷的高精度成像，并實時觀測了點缺陷的電荷動力學。該研究成果日前在線發(fā)表于《自然-光子學》上。
量子傳感的發(fā)展，已使很多物理量的測量技術(shù)取得了革命性進展。以磁測量為例，當前實現(xiàn)結(jié)構(gòu)解析的量子傳感范式，需要對標記的自旋探測目標進行量子操控。然而，自然界中的很多物理現(xiàn)象既不包含自旋，也無法直接操控，如半導體中的電荷動力學導致的隨機電報信號。更重要的是，當多個探測對象信號重疊相互干擾，單個量子傳感器將無法對信號進行有效提取與分析。
基于此，研究團隊提出了一種新的量子傳感范式，即利用多個量子傳感器之間的信號關(guān)聯(lián)，提升對復雜對象的解析能力和重構(gòu)精度。研究團隊基于自主發(fā)展的氮-空位色心制備技術(shù)，可控制備出相距約200納米的三個氮-空位色心作為量子傳感系統(tǒng)，通過對隨機電場探測展示了這種新的量子傳感范式。
研究人員利用金剛石氮-空位色心激發(fā)態(tài)的直流斯塔克效應，來實現(xiàn)對電場的傳感。當某個點缺陷的電荷狀態(tài)發(fā)生改變時，三個氮-空位色心可以同時探測到因電荷變化而引起的電場變化。研究人員再利用三個色心間電場同時變化的關(guān)聯(lián)特征，可以從雜亂無章的漲落電場中解析出每個點缺陷對應的電場。并且由于每個點缺陷和三個氮-空位色心的相對空間位置不同，研究人員可以根據(jù)每個氮-空位色心所感受到的電場方向和大小的不同，來精確定位出點缺陷的空間位置。此外，研究團隊使用類似于衛(wèi)星定位的量子定位技術(shù)，成功對微米范圍內(nèi)16個點缺陷進行了定位，定位精度最高達到1.7納米?；谶@種關(guān)聯(lián)分辨和精確定位的能力，他們還實現(xiàn)了對每個點缺陷電荷動力學的原位實時探測，為研究體材料內(nèi)部點缺陷的性質(zhì)提供了新方法。
研究人員表示，這一成果展示了基于量子技術(shù)的超高靈敏度缺陷探測，甚至在一千億個正常原子中出現(xiàn)一個缺陷，這種情況也能探測到。這要比目前最靈敏方法的探測極限提升兩個數(shù)量級以上，有望為當前十納米以下芯片中的缺陷檢測提供一種強有力的技術(shù)手段。
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