报告时间：2022年11月26日 9:30
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报告题目：基于qPlus扫描探针技术的量子传感研究
报告人：边珂博士
报告人简介： 边珂博士2020年毕业于北京大学物理学院，导师为江颖教授（博雅特聘教授），2020年在北京大学江颖课题组继续进行博士后研究。2021年加入北京大学专职研究岗位特聘副研究员。目前主要负责先进扫描量子传感显微系统的研发，氮-空位色心局域电荷环境调控及其相干性调控等研究工作。
报告摘要：金刚石中的氮-空位色心（NV center）是最具代表性的固态量子比特之一，在室温大气环境下的相干时间可达到毫秒量级[1, 2]，因此其作为量子探针的探测灵敏度极高，适用于纳米尺度的电子/核自旋探测。为进一步提升量子传感的信噪比和空间分辨，一般需要制备纳米级深度的浅层NV。然而生长过程中，金刚石近表面易产生大量顺磁缺陷，引起浅层NV的显著退相干，并大幅降低其探测灵敏度[3-6]，严重限制了NV量子传感技术的应用。本次报告将介绍我们课题组近期利用qPlus扫描探针技术调控固态量子比特相干性的新进展。得益于qPlus在室温大气环境下工作振幅小（<100 pm）的特性，通过抑制悬臂梁振动对NV的干扰，我们在国际上首次展示了基于NV的纳米级电场成像[7]。借助扫描探针的局域强电场效应，我们实现了金刚石近表面电荷的精准操控以及NV的电荷态调控[7]。在此基础上，针对金刚石近表面电子自旋噪声，我们发展了一套基于针尖操纵的“拉出-推离”方法（Pull-and-Push Method），在室温大气环境下实现了金刚石近表面电子自旋噪声的高效抑制，并大幅提升了浅层NV的相干性及其探测灵敏度[8]。该方法对深度5 nm以内的NV尤为有效，其相干时间（T2）最高可提升至20倍，探测灵敏度提升80倍左右，逼近单个质子核自旋的理论探测极限。该成果不仅为抑制浅层NV的退相干提供了全新的方法，有望突破其在量子传感领域的应用瓶颈，并可广泛适用于金刚石、碳化硅、氮化硼等多种材料中的固态量子比特体系。
参考文献：
[1] G. Balasubramanian et al., Nat. Mater. 8, 383-387 (2009).
[2] J. R. Maze et al., Nature 455, 644-647 (2008).
[3] F. F. de Oliveira et al., Nat. Commun. 8, 15409 (2017).
[4] T. Rosskopf et al., Phys. Rev. Lett. 112, 147602 (2014).
[5] Y. Romach et al., Phys. Rev. Lett. 114, 017601 (2015).
[6] B. A. Myers, A. Ariyaratne, A. C. B. Jayich, Phys. Rev. Lett. 118, 197201 (2017).
[7] K. Bian et al., Nat. Commun. 12, 2457 (2021).
[8] W. T. Zheng et al., Nat. Phys., 18, 1317 (2022).
