本報(bào)訊（記者楊保國）中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫方穩(wěn)研究組，利用光學(xué)超分辨成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)自旋態(tài)的納米量級(jí)空間分辨率測量和操控，其成像精度達(dá)到4.1納米，研究成果日前發(fā)表在《自然》子刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》上。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，研究對(duì)象的尺度越來越小，甚至達(dá)到單個(gè)電子和質(zhì)子的程度。為了解微納尺度物體的物理屬性及動(dòng)力學(xué)過程，需要納米尺寸的探測器，納米尺度的固態(tài)量子測量技術(shù)因此得到快速發(fā)展。但實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的電磁場等物理量測量，不僅需要高精度的成像和分辨，還需要高精度量子態(tài)操控。而通常的光學(xué)成像受到衍射極限的限制，分辨率只能達(dá)到約300納米。
金剛石中的氮—空位色心是金剛石的一種發(fā)光缺陷，由一個(gè)氮雜質(zhì)和鄰近的空位組成，近幾年在量子信息領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為有望實(shí)現(xiàn)室溫下的量子計(jì)算和高靈敏度量子測量。
孫方穩(wěn)研究組通過氮離子束注入制備了金剛石氮—空位色心，并利用色心中不同電荷態(tài)發(fā)光的波長依賴特性，對(duì)色心的電荷態(tài)進(jìn)行了高效控制。他們進(jìn)一步通過對(duì)不同波長激光的光束整形，實(shí)現(xiàn)了突破光學(xué)衍射極限的電荷態(tài)耗散成像技術(shù)。實(shí)驗(yàn)中，他們利用50毫瓦泵浦激光完成了對(duì)氮—空位色心的高分辨成像，精度達(dá)到4.1納米。此外，基于該電荷態(tài)耗散成像技術(shù)和微波調(diào)控技術(shù)，他們還實(shí)現(xiàn)了高空間分辨率的自旋量子態(tài)的操作和測量，演示了高分辨率的磁場測量。
該電荷態(tài)耗散成像技術(shù)不僅可用于納米尺度的高精度電磁場測量，還將在基于近鄰耦合電子自旋的量子信息和生物檢測中得到廣泛應(yīng)用。
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