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中科大首次实现纳米级空间分辨电磁场量子传感

发布时间:2019-10-23 发布者:亚洲时报

科技日报合肥10月22日电 记者从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队的孙方稳小组实验实现了50纳米空间分辨力高精度多功能量子传感。该系列研究成果日前发表在应用物理权威期刊《应用物理评论》上。


示意图 (图源:中科院) 


微纳光电子器件具有尺寸小、电磁场强度低、易受干扰等特点,因此,微纳电磁场探测技术需要同时解决高空间分辨力、高测量灵敏度及非破坏性测量等难题和挑战。

 

科研人员提出利用量子传感和量子探针等新思路,发展了具有纳米级空间分辨力的远场光学超分辨成像新技术。结合高保真度量子态调控技术,实现了同时具有高空间分辨力、高测量灵敏度及非破坏性测量的微纳电磁场测量技术。

 

科研人员首先基于金刚石氮—空位色心中电荷态的调控,提出并实现了具有纳米级空间分辨力超低泵浦功率的电荷态耗尽纳米成像术,实现了4.1纳米空间分辨力的电子自旋量子态的成像与检测。实验获得的成像分辨力是光学衍射极限的1/86,超过了受激辐射损耗荧光显微成像术,2014年度诺贝尔化学奖所获得的1/67的精度,将有望应用在活体生物检测中。他们进一步将CSD纳米成像术与荧光寿命成像、光学偏振态检测、电子自旋态高保真度量子操控技术相结合,实现了对金属纳米线结构所携带的光场态密度、偏振、电流及其产生的磁场等多个物理量的非破坏性测量,空间分辨力达50纳米,使得该微纳光电磁场的探测精准度超过了96%。

 

这些系列成果为高空间分辨力非破坏电磁场检测和实用化的量子传感打下了基础,将应用于微纳电磁场及光电子芯片的检测,并拓宽远场超分辨成像技术的应用场景。

 

主要研究人员

 

郭光灿,1942年12月9日出生于福建惠安,量子信息学家,中国科学院院士,第三世界科学院院士,中国科学技术大学教授、博士生导师,量子信息重点实验室主任。2013年被评为CCTV年度科技创新人物。


 

郭光灿院士 (图源:科学网)


主要从事量子光学、量子密码、量子通信和量子计算的理论和实验研究。截至2012年6月,郭光灿已发表主要论文210篇,其中PRL 4篇,PRA 29篇;被SCI收录168篇,被SCI总引用760次,他引576次;出版著(译)作11部。截至2018年9月,郭光灿已培养博士80余名,硕士30余名,其中6位获得国家杰出青年科学基金资助,9位获得优秀青年科学基金资助,全国百篇优秀博士论文获得者5名。

 

孙方稳,男,1979年10月生于安徽。教授、博导(2012年-),现任中国科学技术大学光学与光学工程系副主任、中国光学学会基础光学专业委会委员。本科与博士研究生都在中国科技大学就读,2007年前往美国哥伦比亚大学进行博士后工作。回国后在中国科技大学光电与光学工程系担任副教授一职。研究方向为量子光学,微纳光学和量子计量。多次获得博士论文优秀奖。

 

亚洲时报 综合

责任编辑:杨志杰

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