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量子測量指的是通過操控微觀粒子的量子態，對溫度、磁場、電流等物理量進行超高精度的測量，精密量子測量中對量子材料的要求很高，例如不僅要具有穩定的量子態、可控的電子自旋、對磁場和溫度極其敏感等性質，還能利用光學、微波等手段進行操控或讀寫。

在量子測量領域中，NV色心（Nitrogen-Vacancy Center）是當之無愧的明星材料之一。NV色心，其實也並不神秘，它就是眾*周知的鑽石（金剛石）中的一種點缺陷，即一個氮原子替代了金剛石晶格中的一個碳，同時鄰近位置存在一個碳原子的空位，顧名思義被稱為氮(N)-空位(V)色心。鑽石中除了NV色心，還有其他種類的色心，基本都由金剛石內部的微量雜質或者晶格缺陷引起的，色心是鑽石絢麗的色彩之源，也會為其帶來獨特的光學性質。

色心—鑽石絢麗色彩之源

NV色心晶格結構

91看片软件接下來看看NV 色心是如何成為量子測量領域的明星材料的。NV色心通常具備兩種電荷狀態，分別為帶一個負電荷狀態和電中性狀態，其中帶負電荷狀態的色心具備優良的光探測磁共振性質，文中的色心均指負電荷狀態的NV色心。

NV色心中的電子有三種自旋狀態，可以用符號表示為|0⟩、|+1⟩和|-1⟩。91看片软件可以將其簡單理解為這是電子旋轉的三種“姿態"，對應三個能級，或者稱為三個量子態。當用一束特定波長的綠光去照射NV色心的時候，能把色心中的電子全部初始化到|0⟩態。在|0⟩態，NV色心會以輻射發光的方式釋放激發態能量，發出紅色熒光，NV色心處於亮態。如果此時對NV色心施加微波場，當微波頻率與 NV電子自旋躍遷能級差相等時，就會發生共振，NV色心便從|0⟩ 態躍遷到|+1⟩和|-1⟩態，這時處於激發態的電子要經過係間竄越過程，先到達暫穩態後退激返回基態，此過程不會輻射發光，因此會檢測到熒光計數下降，NV色心處於暗態。由於NV色心熒光具有自旋依賴性，91看片软件可以用激光來探測NV色心電子順磁共振信號，該方法也被稱為光探測磁共振（Optically Detected Magnetic Resonance，ODMR）

NV色心的光探測磁共振過程

難能可貴的是，NV色心是一種常溫的量子體係，在室溫下就能工作，不需要極冷的外部環境，其內部的電子狀態可以被激光和微波控製並讀取，易於操控，對溫度、磁場、電流 等變化敏感，這意味著91看片软件隻需要一套NV色心操控和讀取係統，就能在同一個位置同時準確感知多個物理量，這可大大提升測試效率。因此，NV色心在精密量子測量中，發揮著非常重要的作用。  

NV色心感應磁場/溫度/微波功率

北京91看片软件儀器有限公司推出的基於NV色心的Finder-NV光探測磁共振（ODMR）測試係統可在CW-ODMR和Pulsed-ODMR之間切換。在CW-ODMR模式下，可測試NV色心在磁場下的塞曼分裂，實現高空間分辨率下高靈敏度探測弱磁場信號；而縱向零場劈裂的大小受溫度變化影響極大，NV色心可作為溫度傳感器感應溫度變化。在Pulsed-ODMR模式中，通過對電子自旋施加動力學解耦脈衝序列（Dynamical Decoupling）進行量子操控，可測試NV色心中的拉比振蕩（Rabi Oscillations），哈恩回波（Spin Echo），自由弛豫衰減（Free Precession）等過程。

Finder-NV光探測磁共振（ODMR）測試係統