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120~1800HV。
《金刚石NV色心量子纠缠的实验研究》是依托中国科学技术大学nv色心，由孙方稳担任项目负责人的面上项目。
金刚石氮-空位(NV)色心因为其在室温下的长相干时间、高光学稳定性等特性已经成为实现量子信息技术一种重要的物理体系。本项目开展了金刚石样品和NV色心的人工制备nv色心，微纳光学结构与NV色心的耦合，NV色心电子自旋态操控以及在量子计算、量子精密测量的中的应用。
测量是人类认知自然的重要手段，很多测量行为都受到一个叫做标准量子极限的限制，但这并非最本质的极限，可以利用量子纠缠突破这一限制，并逼近一个更根本的极限——海森堡极限。在过去几十年里，离子阱、原子系综、光子等很多体系都已经展示了突破标准量子极限的能力，其中一些已应用于光钟和引力波探测等领域。
近期发展起来的固态单自旋体系——金刚石中的氮—空位色心（NV色心），得益于固态晶格的保护，其可以很好地工作在室温大气环境下。然而，固态晶格在保护NV色心的同时，其本身相较于真空也是一种更复杂、混乱的环境。这使得确定性地制备自旋纯态、高保真度的自旋操控等都变得十分困难，因此尽管在该体系上有一些与标准量子极限相关的工作，但突破标准量子极限仍未实现。
为了突破标准量子极限，研究团队综合发展了一系列技术。基于这些技术，研究人员在基于NV色心的固态自旋体系中成功地突破了标准量子极限。其中，在真实噪声环境下，利用双量子比特和三量子比特对相位的测量，其灵敏度分别突破了标准量子极限1.79dB和2.77dB；利用双量子比特对真实磁场的测量，其灵敏度突破了标准量子极限0.87dB。
寻找粒子物理标准模型之外的新粒子nv色心，对物理新探索非常重要。记者从中国科学技术大学获悉nv色心，该校杜江峰院士团队近期成功研制出用于搜寻“类轴子粒子”的单电子自旋量子传感器，将搜寻的力程拓展到亚微米尺度。国际权威学术期刊《自然·通讯》日前发表nv色心了该成果。
新粒子的发现，可用于填补当前粒子物理学、天体物理和宇宙学等方面的理论缺陷，例如粒子质量等级问题、强CP疑难、正反物质不对称性以及暗物质和暗能量的物理本质。
近年来，国际学界发展nv色心了一系列精巧的实验装置，在20微米以上的力程范围内开展了电子与核子相互作用的搜寻。但要在更短的力程范围内开展实验研究，则面临一系列挑战：如何构筑一个尺寸足够小的传感器？如何设计传感器的几何形状从而允许电子和核子充分接近？如何提升传感器的灵敏度，从而给出有意义的限定？如何有效隔离好环境噪声，尤其是不可避免的电磁噪声？
近期，杜江峰领导的中科院微观磁共振重点实验室团队与中科大天文学系、国家同步辐射实验室科研人员合作，提出并实现了一种全新的探测方法，即将金刚石近表面NV色心的电子自旋，用作传感器来搜寻小于20微米范围的电子与核子相互作用。他们制备了离金刚石表面10纳米以内的NV色心作为探测器，开发了相应的电子学设备和量子控制方法，解决了上述制约短力程探索的系列难题。实验表明，新传感器可以探索的力程范围是0.1微米到23微米，为电子—核子相互作用的探索提供了新的观测约束。
据介绍，这一新方法也可以推广到其它自旋相关的新相互作用的研究，从而为利用单自旋量子传感器来研究超出标准模型的新物理提供了可能性，有望激发宇宙学、天体物理和高能物理等多个科学领域的广泛兴趣。《自然·通讯》审稿人高度评价该工作，认为这种新颖的实验方法，为直接探测较大质量的类轴子开辟了实验窗口。
固态点缺陷作为理想的单光子源在量子光学，量子传感跟量子信息处理等领域具有重要应用前景。室温条件下在六方氮化硼 (hBN) 中观测到单光子源为层状材料增添了新的研究方向。由于其宽带隙特征，hBN成为高质量发射源的理想宿主材料并且可以与其它材料组合为衬底。尽管相当数量的实验与理论工作已经证明其中的单光子源是局部点缺陷结构，但是实验上很难确定缺陷结构中原子种类与排列方式。光源的发射光波范围非常广，并且有明显的声子带边效应。这可能是由于材料中存在多种单光子源，也有可能是由于光源与外在环境的耦合，然而这都为实验上的结构辨认添加了阻碍。因此，对于潜在的单光子源进行深入地理论分析就显得尤为重要，推进基于层状氮化硼量子光电子技术的进步。
近日，香港城市大学，匈牙利Wigner物理研究中心联合德国乌尔姆大学等研究团队，利用第一性原理计算与群论分析，报道了hBN中空位色心 (VNNB) 在应力下的光谱位移。此前相关报道更多局限于平面缺陷结构下单一光学跃迁路径，但研究团队发现由于赝姜-泰勒 (Pseudo Jahn-Teller，PJT) 效应的存在，该缺陷结构会发生对称性破缺，从而激活另一强度更高并且激发能量更低的跃迁路径。并且相对于前者，后者对于缺陷周围局部应力更加灵敏，揭示了体系中存在强电声耦合。该结果表明空位缺陷的局部微扰会严重影响其光谱，为已报道的一系列实验结果提供了理论依据。研究成果以“ Giant shift upon strain on the fluorescence spectrum of VNNB color centers in h-BN ”为题发表在 npj Quantum Information 上。
图1. V NNB原子基态结构与不同对称性下缺陷轨道的波函数分析。
根据可见光发光光谱范围 (~2 eV)，六方氮化硼中单光子发射源大致可以分为两类。其中一类的零声子线 (ZPL) 在1.8到2.2 eV之间；另一类在1.6到1.8 eV内，并且谱线更窄，更为对称。VNNB包含一个氮原子空位缺陷以及在对位硼原子的氮原子替换，被认为是最有可能的单光子源之一。研究发现，在基态下，替换的氮原子更倾向于移出平面从而降低体系的能量。体系的对称性从C2v降低为Cs，群论分析表明本不属于同一特征表象的a1，b2缺陷轨道的波函数混合在一起，在Cs对称性下变为同一特征表象，从而使得在高对称性下本是跃迁禁止的路径被激活 (a1 b2)。这与介电函数的计算分析一致，并且计算结果表明这一跃迁路径强度更高。
图2. 外加应力下的零声子线能量变化与体系基态，激发态下缺陷能级分布。
图3. VNNB的电声耦合效应所影响的势能面变化。
进一步计算表明施加不同方向的外部应力可以显著改变ZPL的大小，而且效果相反。垂直于C2轴方向的拉应力会减小ZPL而平行于C2轴方向的拉应力会增大ZPL的数值。同样，群论分析表明应力对于不同缺陷能级的影响不是同程度地位移，而由于不同缺陷能级之间较大的能量差，能级之间的相互作用可以忽略不计。对计算结果与PJT模型结合分析，VNNB结构是静态JT体系。与金刚石中NV色心相比较，电声耦合强度要大2.5倍以上。这一发现表明电声耦合是hBN中单固态光子源磁光性质的重要影响因素。通过外加应力可以调节电声耦合的强度与光谱展宽从而影响光学对比度与量子效率。
这类技术国内已经有了nv色心，刚出来nv色心的时候就连GIA都无法准确检测nv色心，不过现在美国宝石学院GIA可以对人工改色的彩色钻石进行准确检测。魔高一尺道高一丈。
一种新的处理钻石的方法由美国通用电气公司（GE）和Novatek公司公开nv色心，此方法的产品具有非常饱和的颜色，色彩多呈绿黄色到黄绿色，个别样品呈黄色到褐黄色。这种颜色的天然色钻石是非常罕见的。
这种钻石的处理方法是，用与合成钻石相似的设备，控制样品所处的环境压强为6GPa（60亿帕斯卡），温度为2100℃左右，持续时间不超过30分钟，甚至更短时间。这样就可以得到一种高饱和颜色的绿黄到黄绿色钻石，个别样品呈黄色或褐黄色。
从处理方法我们可以想到"GE POL"钻石，的确这两种钻石的处理环境非常相似，但处理的结果可以说是截然相反。"GE POL"相对处理前颜色变浅，而GE和Novatek的这种处理的目的是使钻石颜色带有明显的绿色成分。瑞典处理商则是努力使钻石与天然黄钻颜色相似。总之，这种高温高压处理钻石相对处理前颜色更加艳丽。之所以得到截然不同的结果是因为，"GE POL"处理钻石的原料是不含氦的，Ia型钻石，而高温高压处理钻石的原料是含聚态氮的Ia型钻石。
下面对这种钻石的性质及鉴定方法简要介绍nv色心：
高温高压处理钻石的颜色饱和度都很高，并且有的还有暗色调。多数处理钻石属绿黄色到黄绿色色系，少量呈黄色或褐黄色。绿黄色到黄绿色样品在不同光即首饰镶嵌或修改时的必要温度，宝石的体色包括可见光激发的绿色荧光会有暂时地改善，即颜色的饱和度会增强，不过宝石冷却下来后，颜色会恢复到原来的样子放大检查，由于高温高压处理钻石的处理环境与"GEPOL"钻石非常相似，所以有的镜下特征如出一辙。从碳的标准相图我们知道，压强为6GPa的情况下，碳在1850℃以上的稳定态为石墨，所以，高温高压处理钻石的原始晶面上同样会留有灼烧的蚀象和凹痕，甚至会有石墨化的痕迹，晶质包裹体的周围也会因膨胀收缩而产生应力纹。当然，如果没有这些特征，并不意味着钻石就没有经过高温高压处理。注意：这些特征仅具指示意义，并非诊断性的。不过，应重视这类特征的警示作用。
高温高压处理钻石最普遍的特征是平直的褐色到黄色的生长纹理，这种纹理沿八面体方向，呈色带状或由色带组成的图案，这种生长纹理的明显程度在不同样品中大不相同，有的样品里甚至没有。这一特征与"GEPOL"钻石不同，因为"GEPOL"钻石是通过高温高压消除与生长纹理有关的褐色而达到褪色目的的。
发光性 长波紫外光下，2/3的绿黄色到黄绿色处理钻石的荧光为中等到强的绿黄到黄绿色，1/3样品的荧光色为蓝色和黄色或绿黄色的混合色。黄色到褐黄色处理钻石的荧光色与其它颜色处理钻石相似，只是强度显弱。不管钻石是什么颜色，也无论其荧光是什么颜色，大多数高温高压处理钻石在长波紫外光下都有一种白垩状荧光，且有的在钻石亭部显得特别明显。
短波紫外光下，绝大多数绿黄到黄绿色处理钻石发中等到强的绿黄到黄绿色荧光，只有个别荧光为黄色。黄到褐色处理钻石的荧光同样只是强度相对较弱，颜色也与绿黄色系列处理钻石一样。超过2/3的钻石同时伴有白垩状荧光。
天然色的黄到褐黄色钻石颜色为黄色与蓝色的混合色，绿黄到黄绿天然色钻石的荧光为黄或绿黄色，不过，天然色钻石绝不会伴有白垩状荧光，这对成包的批量彩钻，是一种最简单实用的检测方法。
大多数高温高压处理钻石的长波紫外荧光强于短波荧光，极少量处理钻的两种荧光强度相同，极偶然的情况下可见到短波下有弱荧光而对长波显惰性的处理钻石。
强可见光下，如光纤灯照射下，绿黄到黄绿色处理钻都会发出中等到强的绿色荧光，显微镜下观察光纤灯照射的钻石，可能发现这种绿色荧光是沿褐到黄色的生长纹理发射出的，前面提到，这种生长纹理非常普遍，而荧光沿纹理发出酌现象也很普遍。不过黄到褐黄色处理钻石对可见光没有可见的发光性。注意，这种绿色荧光的发光区与强度分布情况几乎没有鉴定意义，因为在天然色钻石中，绿色荧光也可以沿生长纹理发出。
光谱台式或手持式分光镜的透射分光光谱。所有绿黄到黄绿色处理钻石都有503nm强吸收线；绝大多数理钻石在480-500nm处有一暗吸收带，这其中约有一半钻石有弱到中等酌415nm吸收线，也差不多一半的处理钻(可能有415nm吸收线)在505和515nm处各有 一条绿色荧光线(亮线)。而绿黄色到黄绿色的天然色钻在494nm和503nm处呈明显的双吸收线(H3中心导致)， 并且非常典型地在415nm处呈现一条弱到中等强度的吸收线(由N3色心导致)。如果借助氟利昂或其它设备对钻石进行冷却，那么在595nm处有时还可以看到一条弱线。
反射分光光谱部分绿黄到黄绿色处理钻在494nm处有清晰的吸收线，在波长较短的位置有一吸收窄带。
黄到褐黄色处理钻的光谱相对简单，要么是415nm 吸收线或伴有503nm吸收线，要么没有特征吸收。
紫外一可见光一近红外光谱 可见光范围的光谱把高温高压处理钻石可分成三类。大部分绿黄到黄绿色处理钻显示了N3的特征弱吸收(主吸收峰在415nm处)，和H3的特征强吸收(主吸收峰在503nm处)，以及H2的特征强吸收(主吸收峰在985nm)，前两个吸收峰跟手持式分光镜观测到的谱线相对应。但手持式分光镜观测到的荧光线在分光光度计中没有显示；另有一个或三个以上的其它特征在这一类约半数的样品中出现：1)以505nm为中心的弱到中等强度的宽吸收峰带，2)535nm一个弱但尖锐的吸收峰，3)在637nm处还有一个弱的尖峰(与NV中心有关)。另一类仍以绿一黄色系列处理钻为主，包括少量褐黄色钻石，其特征与第一类很相似，只是有不同的相对强度，在大约500nm以下波长的全部范围内吸收明显增强。第三类为黄到褐黄色处理钻，吸收随着波长的降低而显著增强，但没有N3和H3的特征峰，个别的只有H2的吸收特征。
常温下，近红外范围内的红外光谱，有的呈现985nm峰(与H2有关)。
中红外光谱显示所有的处理钻都具la型钻石的特征。但氮的聚合态不同： 少数呈A类聚合； 大多数处理钻中既有A类聚合态氮，又有B类聚态氮，A或B类聚态氮的特征吸收峰相对较强酌样品又各约占一半。偶尔还有这种情况：同一样品的两个光谱，A类聚态氮和B类聚态氮特征峰的相对强度恰恰相反--这正说明天然钻石中氮元素分布不均的固有性质。个别处理钻在1344cm-1处有弱吸收峰，这与单氮类质同象取代C原子有关。
不好用，一般用于障碍物较少的地方微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。微波天线技术是制约雷达、测量控制
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