利用参考微波场与金刚石中完美取向氮空位中心进行矢量直流磁场传感

以高灵敏度与空间分辨率测量矢量磁场对基础科学与工程应用均十分重要。特别是，利用金刚石中氮空位（NV）中心进行磁场传感是一种有前景的方法，可超越现有方法。近期研究已展示利用完美取向 NV 中心的矢量直流磁场传感，其读出对比度高于具有四种等分布取向的 NV 中心。然而，在此前方法中，为估计目标磁场相对于 NV 轴的方位角，需施加强参考直流磁场，这可能扰动被测系统。这是一个关键问题，尤其在试图测量对施加直流磁场敏感的材料所产生的矢量磁场时。在此，我们提出一种利用完美取向 NV 中心、无需参考直流磁场即可测量矢量直流磁场的方法。具体而言，我们使用线偏振微波场的方向诱导拉比振荡作为参考，并根据拉比频率估计目标场的方位角。我们进一步展示了利用纠缠态克服标准量子极限以提升灵敏度的潜力。这种使用参考微波场的方法是一种用于灵敏矢量直流磁场传感的新技术。