近日，日本筑波大学物理系的研究人员利用一种被称为“自旋锁定”的量子效应，大大的提高了金刚石氮空位(NV)缺陷射频成像的分辨率。

研究人员通过量子自旋锁定增强了信号，让金刚石NV色心射频成像技术达到了微米级的空间分辨率。这项工作可能会促进更快更准确的材料表征、医学诊断以及推动量子计算机的发展。

长期以来，人们一直在研究NV色心在量子计算机中的应用。NV色心是在金刚石晶格中发现的一种缺陷，当金刚石中的两个相邻碳原子被一个氮原子和一个空位所取代，就会形成了NV色心缺陷。

这种缺陷会留下一个未配对的电子，可以通过利用射频波来进行检测。因为它释放出光子的可能性取决于其自旋的状态。但传统的射频方法对无线电波探测的空间分辨率仍然不够完美。

筑波大学的科学家利用一种名为“自旋锁定”的方法将成像分辨率提高到了极限水平。该方法利用微波脉冲使量子中的电子处于同时向上和向下的叠加。

然后，再用一个电磁场驱使自旋的方向发生旋转，有点类似于一个摆动的陀螺。这种方法的好处是电子自旋能免受随机噪声的干扰，但会与探测设备强耦合在一起。

筑波大学教授、该研究的第一作者Shintaro Nomura说：”自旋锁定保证了电磁场成像的高精度和灵敏度。我们通过射频成像获得了比以往类似方法要好得多的空间分辨率，它的精度仅受限于我们使用的光学显微镜的分辨率。”

金刚石样品中高密度的NV色心所产生的集体信号可以很容易被这种技术采集到。这使得在微米级水平上感知NV色心的集合成为可能。

该研究所采用的方法可广泛应用在许多领域。例如，它可以用于蛋白质、聚合物和极性分子的表征，以及材料的表征。此外，它还可用在医疗应用，例如，可以作为一种创建心磁图的新方法。（编译:Julien）