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科学家刷新对钻石中的氮原子空缺中心成像分辨率记录

微观 | 感谢投递 2021-07-13 462

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一颗纯钻石是由碳原子排列成规则的晶体结构所组成,而钻石内的氮原子空缺中心就是,如果碳原子核从晶体结构中遗失,就会造成空缺,且该空缺邻近的一个碳原子被氮原子取代时,便形成氮空位缺陷。

来自筑波大学物理系的科学家们在对钻石中的氮空穴缺陷进行射频成像时,使用了被称为“自旋锁”的量子效应来大幅提高分辨率。这项工作可能导致更快、更准确的材料分析,以及通往实用量子计算机的道路。

现在,筑波大学的研究人员通过采用一种名为“自旋锁定”的技术将分辨率推到了极限。微波脉冲被用来使电子的自旋同时处于上升和下降的量子叠加状态。然后,一个驱动的电磁场使自旋的方向发生变化,就像一个摇晃的陀螺。最终的结果是电子自旋被屏蔽,不受随机噪声的影响,但与检测设备强烈耦合。

第一作者野村信太郎教授解释说:“自旋锁定确保了电磁场成像的高精确度和灵敏度。由于所使用的钻石样品中NV中心的密度很高,它们产生的集体信号可以很容易地用这种方法拾取。这允许在微米尺度上对NV中心的集合进行感应。我们用射频成像获得的空间分辨率比现有的类似方法要好得多,而且它只受限于我们使用的光学显微镜的分辨率”。

项目所展示的方法可应用于广泛的应用领域--例如,极性分子、聚合物和蛋白质的特征,以及材料的特征。它也可能被用于医学应用--例如,作为一种新的方式来进行磁心动图。


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