基于量子干涉测量的金刚石晶体应变高精度测绘

晶体应变变化对金刚石中固态缺陷量子比特的许多量子传感与信息应用造成了显著限制。因此，金刚石晶体应变的精密测量与控制是一项关键挑战。在此，我们报道了具有独特能力组合的金刚石应变测量，包括微米级空间分辨率、毫米级视场，以及相比先前工作[1]在体积归一化灵敏度上提升两个数量级，达到 $5(2) \times 10^{-8}/\sqrt{\rm{Hz}\cdot\rm{\mu m}^3}$（自旋-应变耦合系数构成主要系统不确定度）。我们利用低应变梯度单晶CVD块体金刚石中氮空位(NV)色心系综的应变敏感自旋态干涉测量。该量子干涉测量技术对来自电子与核自旋库的磁场不均匀性不敏感，从而实现长NV系综电子自旋退相干时间并增强应变灵敏度。我们首先在扫描共聚焦激光显微镜上演示了该应变敏感测量协议，提供了灵敏度的定量测量以及三维应变映射；随后在宽场成像量子金刚石显微镜(QDM)上演示。我们的应变显微技术可实现用于金刚石材料工程与纳米加工的快速、灵敏表征；以及基于金刚石的对外加应变（如金刚石压腔或嵌入式金刚石应力传感器中）或内部应变（如粒子诱发核反冲导致的晶体损伤）的传感。