近日，南郵通信與信息工程學(xué)院杜關(guān)祥教授團(tuán)隊(duì)在金剛石NV色心量子磁強(qiáng)計(jì)的研制上取得了重大突破。團(tuán)隊(duì)*采用金剛石NV色心固態(tài)量子體系實(shí)現(xiàn)了0.01 T– 1.5T磁場范圍的量子精密測量。

這一創(chuàng)新成果具有高空間分辨能力和寬量程的顯著優(yōu)勢，在工業(yè)磁測量，醫(yī)療影像裝備研發(fā)和集成電路測試等前沿應(yīng)用領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。這一創(chuàng)新成果標(biāo)志著我國在量子磁測量領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，在計(jì)量量子化時(shí)代，助力磁場計(jì)量的扁平化，有望為先進(jìn)制造業(yè)提供更便捷的服務(wù)。這一技術(shù)為高端永磁體的定量顯微測量分析提供了共性支撐技術(shù)，對(duì)提升我國高端磁性材料的研發(fā)和制造能力意義重大。

中國計(jì)量科學(xué)研究院是中國權(quán)威計(jì)量機(jī)構(gòu)之一，在計(jì)量業(yè)內(nèi)有廣泛的影響力。金剛石NV色心量子磁強(qiáng)計(jì)嚴(yán)格遵循JJF1832-2020磁強(qiáng)計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范，經(jīng)過中國計(jì)量科學(xué)研究院的嚴(yán)格校準(zhǔn)，確保了測量結(jié)果的精度。經(jīng)PT2025校準(zhǔn)后，磁強(qiáng)計(jì)在1.0–1.5T范圍的準(zhǔn)確度優(yōu)于13 ppm，這一精度水平在國際上*被報(bào)道，與磁場計(jì)量的黃金標(biāo)準(zhǔn)——Metrolab PT系列核磁共振磁強(qiáng)計(jì)相媲美。與PT系列核磁共振磁強(qiáng)計(jì)不同，后者在0.05 T至1.5 T的范圍內(nèi)需要更換三種不同量程的探頭，而金剛石NV色心量子磁強(qiáng)計(jì)單一探頭就能夠覆蓋0.01 T至1.5T的連續(xù)磁場范圍，這大大簡化了測量過程并提高了效率，延伸拓展了核磁共振磁強(qiáng)計(jì)的測量范圍。

金剛石NV色心量子磁強(qiáng)計(jì)空間分辨率達(dá)到微米尺寸，而全球知名的瑞士Metrolab公司的PT2025型核磁共振磁強(qiáng)計(jì)探頭尺寸為毫米尺度，對(duì)待測磁場的梯度有嚴(yán)苛的要求，通常要求小于1000 ppm/cm。金剛石NV色心量子磁強(qiáng)計(jì)由于磁場敏感核心物質(zhì)只有微米尺寸，有望解決大磁場梯度缺乏量子計(jì)量技術(shù)的難題。團(tuán)隊(duì)已成功實(shí)現(xiàn)單個(gè)圓柱永磁體表面磁場強(qiáng)度的自溯源顯微測量。

南郵量子精密測量團(tuán)隊(duì)長期從事量子精密測量技術(shù)方法學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)，探索量子精密測量在芯片測試、磁性材料顯微測試表征和磁場計(jì)量等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用。此項(xiàng)成果是我校Peter Grünberg 研究中心科研團(tuán)隊(duì)數(shù)十年如一日的研究積累之一，該成果得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和基礎(chǔ)加強(qiáng)計(jì)劃技術(shù)領(lǐng)域基金支持。