基于六方氮化硼中自旋量子比特系综的高频磁力测量

基于二维晶体中自旋量子比特的传感器提供了纳米级传感体积的前景，其中传感器与源的紧密邻近可获取原本无法触及的信号。对于交流磁力测量，灵敏度和频率范围通常受噪声谱限制，后者决定了量子比特相干时间。这对 III-V 族材料构成了问题，因为宿主核的非零自旋引入了显著的磁噪声源。在此，我们通过基于相位调制的连续级联动态解耦的传感协议克服了这一问题，该协议在室温下将相干时间延伸至 $T_1$ 极限，并实现了可调谐窄带交流磁力测量。我们利用六方氮化硼中带负电的硼空位系综演示了该协议，检测了电子自旋共振 $\pm 150~\mathrm{MHz}$ 范围内的面内交流场，以及 $\sim10-150~\mathrm{MHz}$ 范围的面外场。我们在 $\sim2.5~\mathrm{GHz}$ 下、对于 $\sim0.1~\mathrm{\mu m^3}$ 的传感体积测得 $\sim1~\mathrm{\mu T/\sqrt{Hz}}$ 的交流磁场灵敏度，并演示了该传感器可重建来自环形线天线的交流磁场。本工作确立了二维材料中自旋缺陷用于高频磁力测量的可行性，展示了与金刚石中氮空位中心相当的灵敏度（针对微观传感体积），并在科学和技术领域具有广泛应用。