利用分子色心进行磁场的量子传感

分子色心，例如 $S=1$ Cr($o$-tolyl)$_{4}$，显示出作为适应性磁场量子传感平台的潜力。其固有的小尺寸（即 1-2 nm）使它们能够在短距离和多种几何构型下感知场。这一特征，结合可调的光学自旋信息读出，提供了分子色心成为超越金刚石-NV 中心、通过触及 NV 中心不透明的尺度范围而改变范式的材料类别的潜力。例如，该能力可解决来自二维磁体所报道磁场中的不确定性，方法是允许单一传感技术在更宽距离范围内使用。然而，迄今为止这些能力仅被假设，缺乏理论验证。我们通过模拟表明，Cr($o$-tolyl)$_{4}$ 可通过量化这些相互作用如何影响分子的激发态，在空间上分辨来自单层 CrI$_{3}$ 的邻近交换与直接磁场效应。在短距离下，邻近交换通过分子-衬底相互作用占主导；但在更远距离下，分子表现为典型磁传感器，静磁效应主导激发态能量的变化。我们的模型有效展示了分子色心如何用于测量二维磁体的磁场，以及不同距离依赖相互作用对测得磁场的贡献。