利用金刚石中植入的单氮 - 空位中心阵列进行高灵敏度温度传感

我们提出了一种利用金刚石中植入的单氮 - 空位 (NV) 中心阵列进行高灵敏度温度检测的方法。在静磁场中，对金刚石中植入的单氮 - 空位 (NV) 中心执行了高阶热 Carr-Purcell-Meiboom-Gill (TCPMG) 方法。我们证明，在两个驱动微波频率的小失谐条件下，诱导的 NV 中心荧光振荡频率近似等于两个驱动场失谐的平均值。基于这一结论，可以确定 NV 中心的零场分裂 D 及相应的温度。实验表明，高阶 TCPMG 的相干时间得到了有效延长，特别是 TCPMG-8 高达 108 {\mu}s，约为热 Ramsey 方法数值 7.7 {\mu}s 的 14 倍。该相干时间对应于 10.1 mK/Hz$^{1/2}$的热灵敏度。我们还利用植入的 NV 中心阵列配合 TCPMG-3 方法，在三种不同情况下检测了金刚石芯片表面的温度分布。实验表明，利用高质量金刚石中植入的 NV 中心在生物学、化学、材料科学和微电子系统中进行高灵敏度和纳米级分辨率的温度检测是可行的。