近日，南郵通信與信息工程學院的科研團隊在金剛石NV色心量子磁強計的研制上取得了重大突破。團隊首次采用金剛石NV色心固態(tài)量子體系實現(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用領域具有重要應用價值。這一創(chuàng)新成果標志著我國在量子磁測量領域邁出了堅實的一步，在計量量子化時代，助力磁場計量的扁平化，有望為先進制造業(yè)提供更便捷的服務。這一技術為高端永磁體的定量顯微測量分析提供了共性支撐技術，對提升我國高端磁性材料的研發(fā)和制造能力意義重大。
中國計量科學研究院是中國權(quán)威計量機構(gòu)之一，在計量業(yè)內(nèi)有廣泛的影響力。金剛石NV色心量子磁強計嚴格遵循JJF1832-2020磁強計校準規(guī)范，經(jīng)過中國計量科學研究院的嚴格校準，確保了測量結(jié)果的精度。經(jīng)PT2025校準后，磁強計在1.0–1.5T范圍的準確度優(yōu)于13 ppm，這一精度水平在國際上首次被報道，與磁場計量的黃金標準——Metrolab PT系列核磁共振磁強計相媲美。與PT系列核磁共振磁強計不同，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色心量子磁強計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計的測量范圍。
金剛石NV色心量子磁強計校準現(xiàn)場圖
該磁強計空間分辨率達到微米尺寸，而全球知名的瑞士Metrolab公司的PT2025型核磁共振磁強計探頭尺寸為毫米尺度，對待測磁場的梯度有嚴苛的要求，通常要求小于1000 ppm/cm。金剛石NV色心量子磁強計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量技術的難題。團隊已成功實現(xiàn)單個圓柱永磁體表面磁場強度的自溯源顯微測量。
高端釤鈷永磁體表面磁場顯微自溯源測量
量子精密測量團隊長期從事量子精密測量技術方法學研究和實驗系統(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量等前沿領域的應用。此項成果是我校Peter Grünberg研究中心科研團隊數(shù)十年如一日的研究積累之一，該成果得到國家重點研發(fā)計劃和基礎加強計劃技術領域基金支持。
（撰稿：杜關祥 初審：郭永安、蔡志匡 編輯：王存宏 審核：張豐）