量子科技中心_量科网

金刚石中的氮空位（NV）中心集合体是应用广泛的量子传感器，在物理与生命科学领域具有广泛应用。中性替位氮浓度（[N⁰ₛ]）会显著影响相干时间、灵敏度及最优传感策略。当前材料工程重点研究[N⁰ₛ]浓度约1-10 ppm的金刚石——较高浓度有利于连续波光学检测磁共振（CW-ODMR），而较低浓度通过延长NV电子自旋相干时间并优化传感占空比，有望提升脉冲磁强计性能。该研究团队合成并表征了低[N⁰ₛ]（约0.8 ppm）NV富集金刚石材料，其通过高质量衬底上的低应变化学气相沉积（CVD）生长、¹²C同位素纯化以及受控电子辐照退火工艺实现。研究结果表明，在CVD衬底上生长的金刚石具有良好应变均匀性，且NV退相干时间受自旋浴限制。通过测量不同NV光学激发强度下的自旋与电荷特性，该工作首次直接比较了当前低[N⁰ₛ]（约0.8 ppm）与先前研究的高[N⁰ₛ]（约14 ppm）NV金刚石传感器的光子散粒噪声极限磁灵敏度。实验证明，在中低光学激发强度下，低[N⁰ₛ]金刚石性能优于高[N⁰ₛ]材料。这些成果为针对特定实验条件与传感需求选择NV金刚石传感器提供了实用基准与指导。