利用硬盘驱动器写头的脉冲磁场梯度进行纳米尺度自旋操控

基于固态电子自旋的个别且相干控制在量子信息处理、量子计量、材料研究及医学成像等领域具有重要意义。尤其对于纳米尺度网络中个别自旋的控制，产生强、快且局域的磁场至关重要。具备多数所需特性的高度工程化器件可见于硬盘驱动器（HDD）的纳米级磁写头。然而目前，其纳米级操作尤其以过高的磁噪声为代价。在此，我们提出将 HDD 写头用作高效操控单个及多个自旋的工具。我们展示其高达 100 μT/nm 的可调梯度可用于在纳米尺度上对个别自旋进行频谱寻址。其 GHz 带宽允许在纳秒内切换控制场，快于拉比周期、拉莫尔周期、自旋-自旋耦合或光学跃迁等特征时间尺度，从而扩展了可行自旋操控的集合。我们利用这些场通过非绝热快速通道驱动自旋跃迁，或实现强错位场中自旋态的光学读出。基于这些技术，我们进一步将大磁场梯度应用于单自旋的微波选择性寻址，并展示其在两个发射体纳米尺度光学共定位中的用途。