基于金刚石传感器的皮特斯拉级微波场磁强测量

开发稳健的微波场传感器在从天文学到通信工程等广泛应用中具有基础性与实际重要性。金刚石中的氮空位（NV）中心因其磁强测量灵敏度、稳定性及与常温条件的兼容性而成为此类用途的有吸引力的候选者。然而，现有基于 NV 中心的磁强计在微波波段灵敏度有限。本文提出一种连续外差探测方法，可增强传感器对弱微波的响应，即便在无自旋控制时亦如此。实验上，我们通过在体积为 $4\times10^{-2}$ mm$^3$ 的传感器内同时使用 $n_{\text{NV}} \sim 2.8\times10^{13}$ 个 NV 中心 ensemble，对 2.9 GHz 微波实现了 8.9 pT$\cdot$Hz$^{-1/2}$ 的灵敏度。此外，我们还实现了频率分辨率随测量时间 $t$ 直至 10000 s 的 $1/t$ 标度。我们的方法去除了控制脉冲，因此将极大裨益基于金刚石的微波传感器的实际应用。