射频场的探测对于很多物理学、电子学与生命科学等领域的发展有着重要的意义。近年来，一些关于射频场探测的方案被提出。但是有的探针尺寸过大，有的探针需要极端探测条件（比如低温），它们的应用因此受到限制。

近日，中国科学技术大学杜江峰教授课题组通过射频场对NV色心电子自旋跃迁的影响，在室温下用单个电子自旋实现了对射频场的横向幅度、纵向幅度与相位的探测。根据分析，射频场的横向分量会导致电子自旋跃迁的共振频率产生偏移，而相位与纵向分量会导致电子自旋的拉比振荡产生变化。

实验结果表明，横向射频场与纵向射频场的造成的这些影响都能够被量子钻石探针的单个电子自旋探测到。通过测得横向射频场导致的偏移大小与横向幅度的关系，得到了矢量射频场的横向幅度大小。通过抵消纵向射频场与相位的影响，得到了矢量射频场的纵向幅度与相位大小。该方法不仅可用于构建探测矢量射频场的钻石探针，也可以用于抵消射频场产生的不利影响，从而实现复杂体系的精确量子调控。

图一 (a)为量子钻石探针示意图。(b)为被探测的矢量射频场的示意图。(c)分别为没有横向射频场与有横向射频场时电子自旋跃迁的共振频率。(d)分别为探测射频场相位与纵向幅度的实验结果。

该项目由国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金、中国科学院与中央高校基本科研基金提供支持。



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Ying Liu, Fei Kong, Fazhan Shi and Jiangfeng Du. Detection ofradio-frequency field with a single spin in diamond. Science Bulletin, 2016,61(14)1132-1137

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11434-016-1122-y