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中國首次實現納米級空間分辨電磁場量子傳感

2019-10-23 10:23:30  來源:科技日報

記者從中國科大獲悉,該校郭光燦院士團隊的孫方穩小組實驗實現了50納米空間分辨力高精度多功能量子傳感。該系列研究成果日前發表在應用物理權威期刊《應用物理評論》上。

微納光電子器件具有尺寸小、電磁場強度低、易受干擾等特點,因此,微納電磁場探測技術需要同時解決高空間分辨力、高測量靈敏度及非破壞性測量等難題和挑戰。

科研人員提出利用量子傳感和量子探針等新思路,發展了具有納米級空間分辨力的遠場光學超分辨成像新技術。結合高保真度量子態調控技術,實現了同時具有高空間分辨力、高測量靈敏度及非破壞性測量的微納電磁場測量技術。

科研人員首先基于金剛石氮—空位色心中電荷態的調控,提出并實現了具有納米級空間分辨力超低泵浦功率的電荷態耗盡納米成像術,實現了4.1納米空間分辨力的電子自旋量子態的成像與檢測。實驗獲得的成像分辨力是光學衍射極限的1/86,超過了受激輻射損耗熒光顯微成像術,2014年度諾貝爾化學獎所獲得的1/67的精度,將有望應用在活體生物檢測中。他們進一步將CSD納米成像術與熒光壽命成像、光學偏振態檢測、電子自旋態高保真度量子操控技術相結合,實現了對金屬納米線結構所攜帶的光場態密度、偏振、電流及其產生的磁場等多個物理量的非破壞性測量,空間分辨力達50納米,使得該微納光電磁場的探測精準度超過了96%。

這些系列成果為高空間分辨力非破壞電磁場檢測和實用化的量子傳感打下了基礎,將應用于微納電磁場及光電子芯片的檢測,并拓寬遠場超分辨成像技術的應用場景。

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