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图:(a)基于nvl的扫描电学原理图。(b)和(c):通过单一浅NV的尖锐金属针尖电场映射的实验和模拟。(d)针尖局部电场对单个NV的电荷态控制。来源:北京大学 来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-73.html

近日，北京大学国际量子材料中心及轻元素先进材料研究中心蒋颖教授与斯图加特大学J来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-308.html?rg Wrachtrup教授及香港中文大学杨森教授合作，利用固态量子位(qubit)、氮空位(NV)中心作为量子传感器，研制了一种扫描量子传感显微镜。他们首次实现了基于NV的纳米尺度电场成像及其电荷态控制，展示了扫描NV电学的可能性。这项名为“基于量子传感器的纳米电场成像及其在环境条件下的电荷态控制”的工作已经发表在《自然通讯》杂志上来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-265.html。 来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-3.html

氮空位(NV)中心是金刚石中存在的一个点缺陷，被认为是在量子计算、量子信息和量子传感方面最有前途的固态量子比特之一来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-20.html。NV可以作为一种强大的量子传感器，通过监测其与周围环境相互作用过程中量子态的相干演化，定量地检测微妙的磁/电信号来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-17.html。由于NV具有较长的相干时间，即使在环境条件下也可达到~ms，因此其灵敏度极高，甚至可以用于检测单核/电子自旋。将浅层NV与扫描探针显微镜(SPM)相结合，可以构建扫描磁测技术，实现纳米尺度的定量磁成像。然而，由于NV与电场的耦合强度相对较弱，导致对浅层NV的相干性和SPM系统的稳定性都有严格的要求，迄今为止尚未实现纳米级电场映射。 来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202412-98.html

江英教授及其团队长期致力于先进SPM系统的开发来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-58.html。最近，他们开发了新一代qplus原子力显微镜(AFM)，将SPM的分辨率和灵敏度提高到经典的极限，使氢原子在水分子中的直接成像成为可能。在此基础上，该小组将基于nvl的量子传感技术集成到基于qplu的SPM系统中，形成了所谓的扫描量子传感显微镜。由于qPlus传感器具有极高的稳定性，它可以在接近尖端表面~1 nm距离的情况下工作在非常小的振幅(~100 pm)下，这对于保持浅NV的良好相干性和分辨率至关重要来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-39.html。该团队能够从一个有偏置的金属尖端绘制出局部电场，其空间分辨率为~10 nm，灵敏度接近基本电荷。未来，该技术可应用于从微观角度研究功能材料的局部电荷、极化和介电响应来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-429.html。 来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-111.html

利用这个新系统，该团队还实现了单个NV电荷态(NVˉ、NV+和NV0)的可逆控制，其中NVˉ作为量子传感器，而NV+和NV0是提高量子感知信噪比的量子存储的基本构建模块。研究人员发现,与援助的光子电离激发激光,当地电场急剧偏见的技巧可以应用于实现当地钻石表面的极化/去极化和诱导NV的电荷状态开关纳米精度(降至4.6海里)。这一发现将有助于净化NV的直接静电环境，增强NV的相干性，建立基于NV的量子网络。

开发出比在经典框架下进行的相同测量更精确的测量技术。量子计量学是利用量子理论描述物理系统，特别是利用量子纠缠和量子挤压对物理参数进行高分辨率和高灵敏度测量的研究。这一领域有望开发出比在经典框架下进行的相同测量更精确的测量技术。与量子假设检验一起，它代表了量子传感基础的一个重要理论模型。

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