研究目的
为了展示利用金刚石中氮空位（NV）色心相关电子自旋进行几何相位磁测量，解决2π相位模糊问题并解耦磁场范围与灵敏度。
研究成果
利用金刚石中NV色心的几何相位磁测法避免了传统动态相位磁测法中磁场灵敏度与最大磁场范围固有的权衡问题。该方法能在保持恒定灵敏度的同时将静态磁场测量范围提升400倍，并在非绝热区域展现出提高灵敏度的潜力。该技术可广泛应用于各类量子系统的精密测量。
研究不足
该研究受限于NV自旋的相干时间，以及对微波驱动系统和磁场的精确控制需求。几何相位磁测协议可能需要对交流场传感进行调整。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用改良版实验方案（"Berry序列"）对超导量子比特进行测试，使用金刚石中的NV色心自旋传感器。该方案通过将NV自旋制备至叠加态、施加微小信号场，并利用非共振微波驱动获取几何相位。
2：样本选择与数据来源：
实验使用电子级单晶金刚石芯片中的单个NV色心，其自旋取向优先分布于近表面区域。
3：实验设备与材料清单：
共聚焦扫描激光显微镜、三轴电动位移台、声光调制器、二极管泵浦固态激光器、油浸物镜、单模光纤电缆、硅雪崩光电探测器及微波驱动系统。
4：实验流程与操作规范：
通过激光脉冲实现NV自旋的初始化与读出，采用微波脉冲进行相干操控。通过改变外磁场并观测NV荧光信号来测量几何相位。
5：数据分析方法：
将荧光信号拟合至理论模型，通过提取振荡周期与斜率确定灵敏度与磁场测量范围。
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silicon avalanche photodetector
SPCM-ARQH-12
Perkin Elmer
Detects the NV fluorescence signal for spin-state readout.
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arbitrary waveform generator
AWG5014C
Tektronix
Controls the Rabi frequency and microwave phase for NV spin manipulation.
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DC voltage controller
E3640A
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Provides the electric current for generating the external magnetic field.
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confocal scanning laser microscope
Used for geometric-phase magnetometry using single NV centers, allowing for precise manipulation and measurement of the NV spin states.
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three-axis motorized stage
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Moves the diamond sample in three dimensions for precise positioning under the microscope.
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acousto-optic modulator
Isomet Corporation
Allows time-gating of the laser pulses for NV spin initialization and readout.
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diode-pumped solid-state laser
Changchun New Industries
Provides the 532 nm laser light for NV spin excitation and fluorescence measurement.
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oil-immersion objective
CFI Plan Fluor
Nikon
Focuses the laser pulses onto the NV center and collects the fluorescence signal.
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single-mode fiber cable
Thorlabs
Transmits the NV fluorescence signal to the photodetector.
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microwave amplifier
ZHL-16W-43-S+
Mini-circuits
Amplifies the microwave pulses for NV spin manipulation.
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