近日，合肥工业大学物理学院陈冰教授团队在金刚石氮-空位（NV）色心磁场探测方面再次取得重要进展。团队提出了一种基于耗散自旋动力学的矢量磁场检测新方法，利用时间分辨荧光对自旋耗散过程进行探测，从而在不依赖自旋相干性的情况下实现了磁场强度和方向的高精度定量估计。相关研究成果以“Off-Axis Magnetic Sensing via Dissipative Spin Dynamics Probed by Time-Resolved Fluorescence in Diamond”为题，发表在国际权威期刊《Nano Letters》上（DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c03898）。

图：(a) 基于耗散动力学的时间分辨荧光测量原理示意；(b) 通过速率方程模型重建磁场方向与强度；(c) 、（d）实验荧光曲线与理论拟合结果的对比。

   传统基于NV中心的磁场测量多依赖自旋相干操控（如Ramsey干涉），但在强噪声环境或短相干时间下，灵敏度和稳定性受限。此次合工大研究团队创新性地将耗散自旋动力学引入磁场测量，利用光泵浦和自发辐射驱动的非相干过程，通过时间分辨荧光信号提取矢量磁场信息。与依赖相干的传统方法相比，该方案对自旋退相干噪声具有天然鲁棒性。实验上成功实现了磁场强度约1G、方向约1°的探测精度，相对误差仅为0.6%-1.3%，并在强退相干环境下依然保持稳定性能。这一突破为在复杂环境下的高精度矢量磁场探测提供了新思路。

   该方法不仅适用于金刚石NV中心，还可拓展至碳化硅、六方氮化硼等其他自旋缺陷平台，甚至有望应用于生物兼容的荧光蛋白自旋体系，具有广阔的应用前景。

   合肥工业大学物理学院朱百强博士（陈冰教授博后）为论文第一作者，耿建培教授、张可烨教授（华东师范大学）和陈冰教授为论文共同通讯作者，博士生刘飞、青年教师于志飞等深度参与本项研究工作。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科技创新项目、安徽省科技攻关计划等项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03898

图、文/于志飞   审核/高伟清