基于量子调控的固态自旋系综超长退相位时间

量子自旋退相位由与环境的不均匀耦合引起，这限制了基于自旋的传感器的测量时间与精度。对于固态中稠密电子自旋系综，例如金刚石中的氮空位（NV）色心，自旋退相位的影响尤其有害。我们报道了利用两种互补技术——自旋浴调控与双量子相干——将NV系综的非均匀自旋退相位时间（$T_2^*$）提升一个数量级以上。结合使用时，这些量子调控技术（i）消除了主导NV自旋系综退相位的机制，包括晶体应变梯度以及与顺磁浴自旋的偶极相互作用；（ii）将有效NV旋磁比提高两倍。单独应用时，自旋浴调控与双量子相干在宽范围的NV与自旋浴浓度下阐明了自旋退相位的来源。这些结果展示了室温下固态电子自旋系综中最长的已报道$T_2^*$，并为具有宽带飞特斯拉灵敏度的NV金刚石磁强计指明了一条路径。