金剛石氮空位(NV)色心磁力計又稱金剛石NV色心磁強計,是一種量子磁力計,利用NV色心對磁場的響應來對磁場進行測量,即將NV色心基態電子自旋制備到兩個本征態的等幅疊加態上,待測磁場導致兩個本征態相位的差異,再轉化為粒子數分布讀取出來,獲得待測磁場。
量子比特對環境擾動極度敏感,金剛石NV色心磁力計是以NV色心作為電子自旋量子比特與外部磁場耦合。NV色心是金剛石內部一種原子級的微小缺陷,人工NV色心可通過高能電子束或離子束輻照金剛石產生碳空位,再經高溫退火使空位與摻雜的氮原子結合形成。
金剛石NV色心磁力計具有高靈敏度,基于單個色心的磁力計靈敏度可達nT量級,基于色心系綜的靈敏度可達0.1pT量級。根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2029年中國金剛石氮空位(NV)色心磁力計行業市場深度調研與發展趨勢預測研究報告》顯示,高靈敏度、高空間分辨率特點使金剛石NV色心磁力計在空間弱磁場探測、心腦磁場成像、地質資源勘探、工業檢測、前沿科學、材料科學等領域展現出巨大應用前景。
近年來,金剛石NV色心磁力計技術處于快速發展中,美國哈佛大學、麻省理工學院、德國馬普高分子研究所、弗勞恩霍夫應用物理研究所、韓國標準科學研究院、中國科技大學、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、南京郵電大學等單位在金剛石NV色心磁力計靈敏度提高、小型化集成化、精度提高等方面展開了大量研究,并取得了一定成果。
隨著量子技術加速落地,金剛石NV色心磁力計正逐漸從實驗室邁向產業化應用,產業化布局企業包括博世量子傳感、德國Attocube公司、安徽國盛量子科技有限公司等,其中國盛量子開發的QDMag-100金剛石磁力儀靈敏度已突破至皮特斯拉級。
量子磁測量是量子精密測量的重要組成,目前量子精密測量市場正處于快速發展中,預計2030年全球市場規模將達40億美元。金剛石NV色心磁力計作為量子磁測量領域潛力工具,應用前景廣闊。
新思界
行業分析人士表示,金剛石NV色心磁力計在空間分辨率、靈敏度方面具有優勢,可以實現更高靈敏度的磁場測量,產業化前景廣闊。近年來,金剛石NV色心磁力計技術創新熱度較高,隨著技術成熟和應用拓展,金剛石NV色心磁力計有望成為高精度磁場測量、高空間分辨率成像等領域的重要工具。
關鍵字: