中國科大郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室孫方穩(wěn)研究組，利用光學超分辨成像技術實現了對單個自旋態(tài)的納米量級空間分辨率測量和操控，其成像精度達到4.1納米。研究成果1月2日發(fā)表在《自然》子刊《光：科學與應用》上。

了解微納尺度物體的物理屬性及動力學過程，需要納米尺寸的探測器，納米尺度的固態(tài)量子測量技術因此得到快速發(fā)展。但實現高空間分辨率的電磁場等物理量測量，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。而通常的光學成像受到衍射極限的限制，分辨率只能達到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，由一個氮雜質和鄰近的空位組成，近幾年在量子信息領域得到廣泛關注，被認為有望實現室溫下的量子計算和高靈敏度量子測量。孫方穩(wěn)研究組通過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)光的波長依賴特性，對色心的電荷態(tài)進行了高效控制。他們進一步通過對不同波長激光的光束整形，實現了突破光學衍射極限的電荷態(tài)耗散成像技術。實驗中，他們利用50毫瓦泵浦激光完成了對氮?空位色心的高分辨成像，精度達到4.1納米。

據介紹，該實驗獲得的成像精度是光學衍射極限的1/86，超過了斯特凡?W?赫爾教授等人之前在相同系統中利用5瓦激光泵浦所獲得的光學衍射極限1/67的精度。該電荷態(tài)耗散成像技術不僅可用于納米尺度的高精度電磁場測量，還將在基于近鄰耦合電子自旋的量子信息和生物檢測中得到廣泛應用。

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