中國(guó)科大郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫方穩(wěn)研究組，利用光學(xué)超分辨成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)自旋態(tài)的納米量級(jí)空間分辨率測(cè)量和操控，其成像精度達(dá)到4.1納米。研究成果1月2日發(fā)表在《自然》子刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》上。

了解微納尺度物體的物理屬性及動(dòng)力學(xué)過(guò)程，需要納米尺寸的探測(cè)器，納米尺度的固態(tài)量子測(cè)量技術(shù)因此得到快速發(fā)展。但實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的電磁場(chǎng)等物理量測(cè)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(xué)成像受到衍射極限的限制，分辨率只能達(dá)到300納米左右。

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(gè)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(rèn)為有望實(shí)現(xiàn)室溫下的量子計(jì)算和高靈敏度量子測(cè)量。孫方穩(wěn)研究組通過(guò)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(zhǎng)依賴特性，對(duì)色心的電荷態(tài)進(jìn)行了高效控制。他們進(jìn)一步通過(guò)對(duì)不同波長(zhǎng)激光的光束整形，實(shí)現(xiàn)了突破光學(xué)衍射極限的電荷態(tài)耗散成像技術(shù)。實(shí)驗(yàn)中，他們利用50毫瓦泵浦激光完成了對(duì)氮?空位色心的高分辨成像，精度達(dá)到4.1納米。

據(jù)介紹，該實(shí)驗(yàn)獲得的成像精度是光學(xué)衍射極限的1/86，超過(guò)了斯特凡?W?赫爾教授等人之前在相同系統(tǒng)中利用5瓦激光泵浦所獲得的光學(xué)衍射極限1/67的精度。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(chǎng)測(cè)量，還將在基于近鄰耦合電子自旋的量子信息和生物檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。

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