量子精密测量技术实现对微波场纳米级分辨率的重构

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  中国科学技术大学杜江峰教授研究团队在量子精密测量领域取得突破,利用金刚石中的固态电子自旋,世界上首次实现了室温大气下纳米级分辨率的微波场磁场分量矢量重构测量。该工作以“High-resolution vector microwave magnetometry based on solid-state spins in diamond”为题发表在国际重要学术期刊《自然·通讯》杂志上。

  微波是指波长在大约在1m至1mm、对应频率在约300MHz到300GHz范围之间的电磁波,自19世纪末德国物理学家海因里希·赫兹首次产生微波信号以来,微波就被迅速应用到军事国防、雷达通讯中,并且很快扩展到信息技术、导航、半导体器件等领域,体现了一个国家的科技水平和竞争实力。微小型化、高度集成化的趋势,对微波测量技术在更高的空间分辨率、灵敏度和矢量场的重构等方面提出了更迫切的需求。

  例如,高度集成化的芯片基本单元--晶体管早已进入到数十纳米的尺寸,其特征微波场尺寸在纳米量级,矢量分析有助于了解微波的传输和反射特性,帮助分析和提升器件性能。然而,在纳米尺度上对这些微波器件进行原位检测是极具挑战性的。目前的冷原子、热原子蒸气等测量方法均只达到了微米毫米量级空间分辨率,且受限于低温或真空,应用有限。

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