基于金刚石NV色心的磁测量技术

磁测量是推动人类社会发展不可或缺的技术之一。近年来，以高探测灵敏度、高空间分辨率等关键指标作为牵引，多种量子体系被用于精密磁测量技术发展，金刚石氮-空位（NV）色心固态自旋体系就是其中之一。

据麦姆斯咨询报道，针对该领域研究，中国科学技术大学杜江峰教授团队在《计测技术》期刊上发表了题为“基于金刚石氮-空位色心的磁测量技术”的综述文章，简述了NV色心体系的精密磁测量技术及其应用研究；介绍了基于金刚石NV色心自旋体系磁测量的原理和优势，基于该体系的磁测量方法研究工作，以及面向材料成像和生命科学等领域开展的研究工作；指出了未来基于金刚石NV色心体系的精密磁测量技术有望发展新型矢量高灵敏度、高空间分辨率磁测量装备，为更多研究领域譬如地磁测绘、工业无损检测等重大应用提供新的支撑。

基于金刚石NV色心的磁测量原理

基于金刚石NV色心的磁测量基本原理为塞曼效应。当磁场发生变化时，NV色心电子基态塞曼分裂能级差的改变会对NV色心电子的自旋态产生影响。通过对NV色心进行光学读出，根据依赖于NV色心电子自旋态的荧光强度就可以反推得到磁场的变化量，从而完成磁测量。根据激发光和操控场在时域上的连续性，基于NV色心的磁测量方法可以分为连续波（CW）磁测量方法和脉冲（Pulsed）磁测量方法。

NV色心磁测量应用中的关键技术

实现基于金刚石NV色心的磁测量首先要搭建光探测磁共振（ODMR）实验系统。完整的ODMR实验系统主要包括：包含NV色心的金刚石敏感单元；用于金刚石样品激发和荧光收集的光学单元；操控NV色心电子自旋态的微波单元；系统整体控制与读出的电子学单元。除搭建系统所需的商用部件外，提升NV色心磁测量系统性能还需发展的关键技术包括：样品制备技术、高效光学激发技术、高效荧光收集技术以及微波天线设计技术等。

基于NV色心磁测量技术的发展与应用

NV色心作为一种高空间分辨率、高灵敏度的量子传感器，目前已经在物理学、生物医药学、材料科学等领域开展了应用研究。