刘刚钦

doi:10.7498/aps.74.20250224

摘要

高压极端条件是实现和调控新奇物态的重要途径, 磁共振技术是材料微观磁结构和磁性表征的重要方法, 两者的融合为物质科学前沿研究提供了新的机遇. 然而, 传统磁共振技术受限于自旋极化度低、信号探测效率差等因素, 难以实现超高压极端条件下微米级小样品的原位测量. 近年来, 以金刚石氮空位中心为代表的色心量子传感迅速发展, 为高压极端条件下的磁共振和原位量子传感提供了全新解决方案. 本文总结了高压极端条件对金刚石氮空位中心自旋和光学性质的影响, 梳理了高压下色心磁共振的基本现象和规律. 同时, 以高压下微区磁成像、压强探测、超导迈斯纳效应测量等应用为例, 本文还介绍了高压下色心量子传感的近期研究进展.

关键词:

Abstract

High-pressure extreme conditions are crucial for realizing novel states and regulating material properties, while magnetic resonance technology is a widely used method to characterize microscopic magnetic structures and magnetic properties. The integration of these two fields offers new opportunities for cutting-edge research in condensed matter physics and materials science. However, conventional magnetic resonance is limited by several factors, such as low spin polarization and low signal detection efficiency, which makes in-situ measurement of micrometer-sized samples under ultra-high pressure a challenge. Recent advances in quantum sensing with color centers in solids, in particular, the development of quantum sensors based on nitrogen vacancy (NV) centers in diamond, provide an innovative solution for magnetic resonance and in-situ quantum sensing under high pressure. This article summarizes the effects of high-pressure conditions on the spin and optical properties, as well as on the magnetic resonance of diamond NV centers. In addition, this article reviews recent advances in high-pressure quantum sensing through applications such as magnetic imaging, pressure detection, and the study of the superconducting Meissner effect under high pressure.

Keywords:

作者及机构信息

刘刚钦^1,2

1.

2.

通信作者: 刘刚钦, gqliu@iphy.ac.cn

基金项目: 科技创新2030-“量子通信与量子计算机”重大项目(批准号: 2023ZD0300600)、中国科学院(批准号: YSBR100)、国家自然科学基金(批准号: T2121001)和北京市自然科学基金(批准号: Z230005)资助的课题.

Authors and contacts

LIU Gangqin^1,2

1.

2.

Corresponding author: LIU Gangqin, gqliu@iphy.ac.cn

Funds: Project supported by the Innovation Program for Quantum Science and Technology, China (Grant No. 2023ZD0300600), Chinese Academy of Sciences (Grant No. YSBR100), the Natural Science Foundation of Beijing, China (Grant No. Z230005), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. T2121001).

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