量子科技中心_量科网

金刚石中的氮-空位（NV）色心可通过射频磁场与 NV 自旋的耦合，并结合自旋态的光学读出，用于探测射频信号。迄今为止，此类射频探测器的灵敏度主要从磁场灵敏度的角度进行研究，这适用于射频信号由近场源产生的情形。然而，对于射频输入来自外部源的应用场景，更相关的指标是输入射频功率的灵敏度。本文从理论上分析了基于 NV 的射频探测器的功率灵敏度与射频-自旋界面几何结构之间的关系。该团队推导了斜率检测和方差检测两种射频传感协议在多种噪声条件下的功率灵敏度标度律。研究发现，在大多数情况下，功率灵敏度与射频-自旋界面的特征物理尺度成反比，例如共面波导的宽度或环形天线的直径。换言之，结构尺寸和探测的 NV 体积越小，功率灵敏度越高，这与磁场灵敏度的情况相反。最后，该团队通过数值估算得出，光子散粒噪声限制下的灵敏度可达 10^{-20} W Hz^{-1}（斜率检测）和 10^{-12} W Hz^{-1/2}（方差检测）。该工作为基于 NV 的射频探测器的进一步优化奠定了基础。