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中國科學技術大學杜江峰院士、石發展教授等人在固態體(ti) 係中開展了首個(ge) 類原子缺陷全同性檢驗，頻率檢驗精度達赫茲(zi) 級，並基於(yu) 這一結果提出新型固態原子鍾方案。該成果日前發表於(yu) 《物理評論快報》。
粒子的全同性是開展高精度測量的前提，人們(men) 傾(qing) 向於(yu) 相信光子、電子、原子等粒子天然就是全同的。但對於(yu) 固體(ti) 中的類原子缺陷，由於(yu) 固態晶格的複雜性，人們(men) 通常不認為(wei) 它們(men) 是全同的。目前，科學界尚未對固體(ti) 中的類原子缺陷進行過高精度的全同性檢驗。
金剛石中的一種類原子缺陷——氮—空位色心，具有很多優(you) 良的性質，如在室溫大氣條件下具有很長的相幹時間，可通過激光照射讀出和初始化，周圍存在可被利用的核自旋資源等。
在室溫大氣條件下，該研究組對氮—空位色心的全同性進行了赫茲(zi) 級水平的檢驗。其中，對氮核自旋的電四極矩耦合的測量最為(wei) 精確，精度比以往實驗提高了四個(ge) 數量級。實驗發現，即使在室溫大氣條件下，不同的色心仍能在赫茲(zi) 水平上表現為(wei) 全同，而不均勻的晶格應力可使色心產(chan) 生數十赫茲(zi) 的差異。
基於(yu) 全同性檢驗結果，他們(men) 提出一種具有高魯棒性和集成性特點的固態原子鍾新方案。該方案將核自旋的電四極矩耦合當做頻率標準，一塊1立方毫米大小的具有6 ppb色心濃度的金剛石即可達到現有商用原子鍾的水平。相較於(yu) 現有商用原子鍾，該固態原子鍾更適合在低溫、高壓、移動平台等具有挑戰性的複雜環境下工作。目前，相關(guan) 成果已申請專(zhuan) 利。
該工作提供了一種在固態自旋中開展精密測量的方法，未來測量精度可在低溫下進一步提升至毫赫茲(zi) 水平。
相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.053601
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