近日，合肥工业大学物理学院量子精密测量研究团队在极低频磁场检测领域取得重要进展。团队利用金刚石NV色心系综磁力计的非线性响应特性，成功实现了极低频（低于10 Hz）磁场信号的信噪比（SNR）显著提升。相关研究成果以Enhancing Extremely Low-Frequency Signal-to-Noise Ratio of Diamond Magnetometry via Nonlinear Response为题发表在《Advanced Optical Materials》上（DOI: 10.1002/adom.202501340）。

图：(a)利用离子注入技术制备了用于芯片检测的金刚石传感器;(b)揭示了金刚石色心传感器的电荷态特性;(c)实现了基于自旋的超高灵敏度和分辨率的量子磁场探测。

极低频磁场检测在高压直流系统、锂离子电池诊断和工业过程监测等领域具有重要应用价值。然而，传统磁力计在检测极低频信号时，往往面临低频噪声干扰和灵敏度不足的挑战。合肥工业大学的研究团队创新性地提出了一种结合磁通集中器与非线性响应的方法，成功将磁场检测带宽扩展至Hz范围，同时显著提升了检测灵敏度。

研究团队设计了一种“连通式”磁通集中器结构，通过高导磁材料将微弱电流信号放大，驱动NV色心系综进入光学检测磁共振（ODMR）微分谱的非线性响应区域，如图1。在这一区域内，非线性效应不仅实现了信号频率混频，还显著抑制了1/f低频噪声。实验结果表明，对于0.5 Hz的信号，信噪比提升了2.6倍，使得原本被低频噪声淹没的信号得以清晰提取。该研究的创新点在于通过非线性响应机制同时实现了噪声抑制和信号解调，为极低频磁场检测提供了一种新策略。这一方法不仅适用于电流磁场检测，还可拓展至地磁传感、生物磁场检测和低频磁共振测量等领域，具有广阔的应用前景。

合肥工业大学物理学院李春龙博后为论文第一作者，郑任菲老师、陈冰教授和薛飞教授为论文共同通讯作者，硕士生吴昊在本项目前期磁通聚集器设计和光路搭建中承担了重要的工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省科技攻关计划以及中央高校基本科研业务费的支持。

      文章链接：https://doi.org/10.1002/adom.202501340

图、文/郑任菲  审核/高伟清