南邮科研团队在金刚石NV色心量子磁强计的研制上取得了重大突破

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　　世界计量日：5月20日

　　

　　南京邮电大学（以下简称南邮）通信与信息工程学院的科研团队在金刚石NV色心量子磁强计的研制上取得了重大突破。该团队首次采用金刚石NV色心固态量子体系实现了0.01 –  1.5T磁场范围的量子精密测量。这一创新成果具有高空间分辨能力和宽量程的显著优势，在工业磁测量，医疗影像装备研发和集成电路测试等前沿应用领域具有重要应用价值。这一创新成果标志着我国在量子磁测量领域迈出了坚实的一步，在计量量子化时代，助力磁场计量的扁平化，有望为先进制造业提供更便捷的服务。

　　

　　金刚石NV色心量子磁强计严格遵循JJF1832-2020磁强计校准规范，经过中国计量科学研究院的严格校准，确保了测量结果的精度。中国计量科学研究院是中国权威的计量机构，在计量业内有广泛的影响力。经PT2025校准后，磁强计在1.0 – 1.5 T范围的准确度优于13 ppm，这一精度水平在国际上首次被报道，与磁场计量的黄金标准——Metrolab PT系列核磁共振磁强计相媲美。与PT系列核磁共振磁强计不同，后者在0.05 T至1.5 T的范围内需要更换三种不同量程的探头，而金刚石NV色心量子磁强计单一探头就能够覆盖0.01 T至1.5 T的连续磁场范围，这大大简化了测量过程并提高了效率，延伸拓展了核磁共振磁强计的测量范围。

　　

　　

　　

　　图1 金刚石NV色心量子磁强计校准现场图

　　

　　该磁强计空间分辨率达到微米尺寸，而全球知名的瑞士Metrolab公司的PT2025型核磁共振磁强计探头尺寸为毫米尺度，对待测磁场的梯度有严苛的要求，通常要求小于1000 ppm/cm。金刚石NV色心量子磁强计由于磁场敏感核心物质只有微米尺寸，有望解决大磁场梯度缺乏量子计量技术的难题。团队已成功实现单个圆柱永磁体表面磁场强度的自溯源显微测量。我国是全球重要的磁性材料大国，这一技术为高端永磁体的定量显微测量分析提供了共性支撑技术，对提升我国高端磁性材料的研发和制造能力意义重大。

　　

　

　　

　　图2 高端钐钴永磁体表面磁场显微自溯源测量

　　

　　南邮量子精密测量团队长期从事量子精密测量技术方法学研究和实验系统开发，探索量子精密测量在芯片测试、磁性材料显微测试表征和磁场计量等前沿领域的应用。此项成果是南京邮电大学Peter Grunberg 研究中心科研团队研究积累之一，该成果得到国家重点研发计划和基础加强计划技术领域基金支持，获得国家电网有限公司技术发明奖一等奖（2023）。