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利用单钻石中电子自旋系综实现高灵敏度三轴矢量磁测
摘要： 我们展示了一种基于单晶金刚石中负电荷氮空位中心集合体的三轴矢量磁力计。采用具有C3v对称性的金刚石来建立矢量磁场传感的坐标系。我们通过三轴亥姆霍兹线圈控制外部静态磁场。实验获得了四对磁共振峰，据此计算出磁场的三个笛卡尔分量，每个分量的灵敏度约为5 nT/√Hz，且无轴间误差。该磁力计适用于单芯片制造。
关键词： 氮空位（NV）色心、系综、金刚石、磁力计
更新于2025-09-23 15:22:29
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与金刚石中氮空位色心弱耦合的单个核自旋的强极化
摘要： 我们通过实验展示了与金刚石中氮空位（NV）中心弱相互作用的13C核自旋具有高度偏振特性。通过结合相干微波激励脉冲与光学照射，我们实现了可控弛豫，在室温下使与NV中心具有约600 kHz超精细相互作用强度的远程13C核自旋获得了极性可调、偏振度高于85%的快速核偏振。借助数值模拟表明，各向异性超精细张量分量天然提供了调控自旋混合参数的途径，通过外磁场精确调节核量子化轴即可实现高效核偏振。我们进一步讨论了自旋动力学过程及该方法对NV中心电子自旋周围各类目标13C核自旋的广泛适用性。所提出的控制方法为利用固体中的核自旋资源实现高保真自旋寄存器初始化和量子计量等应用，展示了一条高效且通用的技术路径。
关键词： 氮空位（NV）、氮空位中心、自旋初始化、超精细相互作用、自旋极化
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于流体环境中基于氮空位集合体的内窥镜的锥形超高数值孔径光纤尖端
摘要： 在多模光纤(MMF)顶端固定含有高密度氮空位(NV)色心集合体的金刚石，拓展了基于NV的内窥镜传感器应用。采用锥形多模光纤(MMF-taper)替代常规MMF后，不仅提升了金刚石的荧光(FL)收集效率，还实现了高空间分辨率的NV基内窥镜。MMF-taper的高效FL收集源于其锥形区域因二氧化硅折射率(RI)高于周围空气而产生的多重内反射。然而对于流体环境RI接近或高于二氧化硅的应用场景，MMF-taper的FL收集能力会显著下降。为此，我们提出锥形超高数值孔径微结构光纤(MOF)的创新方案——通过密封其锥形末端的空气毛细管。由于沿锥形MOF(MOF-taper)末端密封的空气毛细管将光纤芯与周围介质隔离，该光纤芯在任意RI值的液体中均能保持高效FL收集和NV激发性能。用MOF-taper替代MMF-taper将实现多功能NV基内窥镜，有望广泛应用于存在大量生物过程与化学反应的流体环境。
关键词： 流体环境，氮空位（NV）中心，荧光收集，内窥镜，光纤
更新于2025-09-23 15:19:57
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 实现单晶金刚石中色心与二维材料的耦合
摘要： 金刚石中的单个氮空位（NV）色心是明亮、光稳定且原子尺度的偶极发射体[1]。因此，它们成为新型扫描近场显微技术的理想候选者[2]。在此，NV色心构成了福斯特共振能量转移（FRET）对中的一方。凭借其宽带发射特性（>100纳米），NV色心可作为向近红外光谱范围吸收体系的通用供体。极具前景的应用包括：荧光分子或石墨烯等纳米材料的纳米级成像[2]。FRET的关键参数包括NV色心的量子效率、电荷态稳定性及NV-样品间距。先前实验采用纳米金刚石中的NV色心进行FRET[2]，但这些NV色心可能存在猝灭、不稳定及表面终止控制不佳的问题。我们通过使用优化圆柱纳米结构中浅植入的NV色心来解决该问题[3]，这些结构作为扫描探针应用于我们自主研发的共聚焦与原子力显微镜组合系统中。近年来，二维材料（尤其是半导体单层材料）成为研究热点。特别是二硫化物（如二硒化钨WSe2）是多种应用的有力候选者[4]。WSe2在700纳米以下波长吸收光子，同时在约750纳米波长发射光子[4]，这使其成为NV色心的理想FRET配对伙伴。本文首次展示了单晶金刚石中NV色心与WSe2相互作用的实验结果。我们设想利用NV色心作为FRET供体在接近二维材料时发生的猝灭现象，将其开发为有价值的传感资源。
关键词： 福斯特共振能量转移（FRET）、二硒化钨（WSe2）、氮空位（NV）色心、金刚石、二维材料
更新于2025-09-11 14:15:04