金刚石自旋传感器：探测纳米磁性的新途径

对单个量子系统的研究极大推动了我们对量子物理的理解，传统上这类研究多与原子气体相关。然而近几十年来，重点已转向更利于应用的固态系统。特别是，一个新兴领域致力于研究基于晶体固体中点缺陷附近局域单自旋的量子系统。其中一个系统是金刚石中的氮空位（NV）缺陷。NV缺陷最初作为检验量子物理与量子计算概念的实验平台，很快被提出作为一种灵敏的磁强计，能够探测微小磁场，直至单自旋的终极水平。这种原子尺寸的磁强计可用作独立传感器，或集成到成像系统中提供低至原子尺度的空间分辨率。因此，基于金刚石的仪器为从介观尺度到纳米尺度探测物质磁性提供了新途径。本书章节概述了金刚石基磁传感与成像领域，重点介绍该技术已证实的应用。章节分为三个主要部分。第2节描述金刚石基磁强计的基础物理与方法。第3节致力于采用这类新型传感器进行磁传感与成像的各种实验实现。最后，第4节介绍一些近期应用。