本報訊（記者楊保國）中科院院士、中國科學技術(shù)大學教授郭光燦領(lǐng)導的中科院量子信息重點實驗室孫方穩(wěn)研究組，利用光學超分辨成像技術(shù)，實現(xiàn)了對單個自旋態(tài)的納米量級空間分辨率測量和操控，其成像精度達到4.1納米，研究成果日前發(fā)表在《自然》子刊《光：科學與應(yīng)用》上。
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，研究對象的尺度越來越小，甚至達到單個電子和質(zhì)子的程度。為了解微納尺度物體的物理屬性及動力學過程，需要納米尺寸的探測器，納米尺度的固態(tài)量子測量技術(shù)因此得到快速發(fā)展。但實現(xiàn)高空間分辨率的電磁場等物理量測量，不僅需要高精度的成像和分辨，還需要高精度量子態(tài)操控。而通常的光學成像受到衍射極限的限制，分辨率只能達到約300納米。
金剛石中的氮—空位色心是金剛石的一種發(fā)光缺陷，由一個氮雜質(zhì)和鄰近的空位組成，近幾年在量子信息領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，被認為有望實現(xiàn)室溫下的量子計算和高靈敏度量子測量。
孫方穩(wěn)研究組通過氮離子束注入制備了金剛石氮—空位色心，并利用色心中不同電荷態(tài)發(fā)光的波長依賴特性，對色心的電荷態(tài)進行了高效控制。他們進一步通過對不同波長激光的光束整形，實現(xiàn)了突破光學衍射極限的電荷態(tài)耗散成像技術(shù)。實驗中，他們利用50毫瓦泵浦激光完成了對氮—空位色心的高分辨成像，精度達到4.1納米。此外，基于該電荷態(tài)耗散成像技術(shù)和微波調(diào)控技術(shù)，他們還實現(xiàn)了高空間分辨率的自旋量子態(tài)的操作和測量，演示了高分辨率的磁場測量。
該電荷態(tài)耗散成像技術(shù)不僅可用于納米尺度的高精度電磁場測量，還將在基于近鄰耦合電子自旋的量子信息和生物檢測中得到廣泛應(yīng)用。
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