金剛石氮空位（NV）色心磁力計(jì)又稱金剛石NV色心磁強(qiáng)計(jì)，是一種量子磁力計(jì)，利用NV色心對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)來(lái)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，即將NV色心基態(tài)電子自旋制備到兩個(gè)本征態(tài)的等幅疊加態(tài)上，待測(cè)磁場(chǎng)導(dǎo)致兩個(gè)本征態(tài)相位的差異，再轉(zhuǎn)化為粒子數(shù)分布讀取出來(lái)，獲得待測(cè)磁場(chǎng)。
量子比特對(duì)環(huán)境擾動(dòng)極度敏感，金剛石NV色心磁力計(jì)是以NV色心作為電子自旋量子比特與外部磁場(chǎng)耦合。NV色心是金剛石內(nèi)部一種原子級(jí)的微小缺陷，人工NV色心可通過(guò)高能電子束或離子束輻照金剛石產(chǎn)生碳空位，再經(jīng)高溫退火使空位與摻雜的氮原子結(jié)合形成。
金剛石NV色心磁力計(jì)具有高靈敏度，基于單個(gè)色心的磁力計(jì)靈敏度可達(dá)nT量級(jí)，基于色心系綜的靈敏度可達(dá)0.1pT量級(jí)。根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的
《2025-2029年中國(guó)金剛石氮空位（NV）色心磁力計(jì)行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研與發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究報(bào)告》顯示，高靈敏度、高空間分辨率特點(diǎn)使金剛石NV色心磁力計(jì)在空間弱磁場(chǎng)探測(cè)、心腦磁場(chǎng)成像、地質(zhì)資源勘探、工業(yè)檢測(cè)、前沿科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。
近年來(lái)，金剛石NV色心磁力計(jì)技術(shù)處于快速發(fā)展中，美國(guó)哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、德國(guó)馬普高分子研究所、弗勞恩霍夫應(yīng)用物理研究所、韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院、中國(guó)科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南京郵電大學(xué)等單位在金剛石NV色心磁力計(jì)靈敏度提高、小型化集成化、精度提高等方面展開(kāi)了大量研究，并取得了一定成果。
隨著量子技術(shù)加速落地，金剛石NV色心磁力計(jì)正逐漸從實(shí)驗(yàn)室邁向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)化布局企業(yè)包括博世量子傳感、德國(guó)Attocube公司、安徽國(guó)盛量子科技有限公司等，其中國(guó)盛量子開(kāi)發(fā)的QDMag-100金剛石磁力儀靈敏度已突破至皮特斯拉級(jí)。
量子磁測(cè)量是量子精密測(cè)量的重要組成，目前量子精密測(cè)量市場(chǎng)正處于快速發(fā)展中，預(yù)計(jì)2030年全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)40億美元。金剛石NV色心磁力計(jì)作為量子磁測(cè)量領(lǐng)域潛力工具，應(yīng)用前景廣闊。
新思界
行業(yè)分析人士表示，金剛石NV色心磁力計(jì)在空間分辨率、靈敏度方面具有優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)更高靈敏度的磁場(chǎng)測(cè)量，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。近年來(lái)，金剛石NV色心磁力計(jì)技術(shù)創(chuàng)新熱度較高，隨著技術(shù)成熟和應(yīng)用拓展，金剛石NV色心磁力計(jì)有望成為高精度磁場(chǎng)測(cè)量、高空間分辨率成像等領(lǐng)域的重要工具。
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