利用光电压检测单自旋的精妙方法
发布时间：2025-04-16 15:57:05 阅读数： 401
绿色激光激发NV中心的载流子，然后这些载流子被表面态捕获。扫描探针在表面上移动，测量NV中心周围的电势
具有某些光学活性缺陷的钻石可用作高灵敏度传感器或量子计算机的量子比特，量子信息存储在这些色心的电子自旋状态中。然而，自旋态必须通过光学方法读出，这在实验上往往很复杂。现在，HZB 的一个团队开发出了一种优雅的方法，利用光电压来检测这些缺陷的单个和局部自旋态。这将使量子传感器的设计更加紧凑。
固体中的缺陷往往是不可取的，但它们也能提供美妙的新机会，例如在钻石中： 在这里，可以引入氮空位中心（NV 中心），其自旋状态可以用微波来操纵。然后就可以用光来读出单个自旋的信息。因此，掺杂 NV 的钻石不仅可以用作高灵敏度的传感器，还可以用作量子计算机的量子比特。
然而，要确定每个单个自旋的状态，必须测量颜色中心（携带自旋）发出的光子。由于自旋翻转时只发射单光子，因此这种信号非常微弱，导致探测需要复杂的实验装置。
HZB 团队在《自然-通讯》（Nature Communications）上发表论文，提出了一种解决这一问题的新方法?！氨锼?纳季亚诺夫博士说："我们的想法是，这种缺陷中心不仅具有自旋态，而且还带有电荷。
为了探测这些电荷，他们改进了原子力显微镜的一种变体，即开尔文探针力显微镜（KPFM）：在这一过程中，激光激发 NV 中心，产生自由电荷载流子，这些载流子被表面态捕获，从而在 NV 中心周围产生可测量的电压。
实验示意图。图片来源：《自然通讯》（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-58635-3
“谢尔盖-特罗菲莫夫说："光电压取决于 NV 中心的电子自旋状态，因此我们实际上可以读出单个自旋。此外，利用这种新方法，我们甚至有可能通过微波激发相干操纵自旋态来捕捉自旋动态。
“能量转换和量子信息科学系自旋研究负责人克劳斯-利普斯（Klaus Lips）教授说："这将为开发真正微小、紧凑的基于金刚石的设备开辟道路，因为所需要的只是合适的触点，而不是复杂的微观光学和单光子探测器。
“Lips 说："新开发的读出方法也可用于其他已观察到自旋缺陷电子自旋共振的固态物理系统。
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厂家：OSI Laser Diode, Inc.
概述：OSI Laser Diode，Inc.的OSD35-LR-A是一款波长范围为830 nm、电容为1300 PF、响应度/光敏度为0.54 A、旁路电阻3GΩ、NEP 5.6 e-15 W/√Hz的光电二极管。有关OSD35-LR-A的更多详细信息，请参见下文。
