作者:Phys Thamarasee Jeewandara
（同organic）有机 实验装置
激光器和光电探测器的电气连接通过滑环线路连接到旋转平台
射频信号通过单通道射频旋转接头传送到平台
数值孔径
中性密度
信用:科学进展，doi: 10
1126/sciadv
abl3840 安德烈·雅莫拉和一个美国物理和材料国际研究小组在科学进展发表了一份新报告
S
德国展示了基于金刚石中氮空位色心固有的氮-14 (14N)核自旋的旋转传感器的功能
氮空位色心是由氮杂质形成的，这些氮杂质位于金刚石中缺失的碳旁边
该传感器使用原子核的光学偏振和读出以及射频双量子脉冲协议来监测14N核自旋进动
旋转传感器或陀螺仪通常用于导航和汽车导航
在包括机械陀螺仪和微机电系统在内的商用传感器中，新兴技术包括核磁共振陀螺仪
在未来十年内，这些传感器在精度、鲁棒性和小型化方面将超过商用设备
钻石传感器 核自旋陀螺仪基于钻石中的氮空位色心，是基于蒸汽的核磁共振设备的类似物，能够在广泛的环境条件下运行
钻石传感器可用作多传感器，报告磁场、温度和应变，同时作为频率参考，适用于具有挑战性的环境
Jarmola等人
展示了钻石核磁共振陀螺仪如何直接提供核自旋状态的信息，而不需要精确了解易受环境影响的电子自旋转移频率
随着该设备的进一步改进，该团队预计微型钻石陀螺仪将在导航过程中得到实际应用
实验装置 在实验装置中，该团队将钻石传感器、绿色二极管激光器、光电探测器和所有光学元件安装在一个由商用速率表系统调节的旋转平台上
金刚石保持400 μm厚的单晶板，氮空位浓度为百万分之四
他们使用两个温度补偿钐钴环形磁铁产生偏置磁场
Jarmola等人
使用非球面聚光镜，用80毫瓦绿色激光照射钻石上直径50米的区域，收集氮空位荧光
科学家们用带通滤波器对荧光进行光谱过滤，并将其聚焦到用于光电探测的平衡光电探测器的一个通道上
然后，他们用一根直径160米的铜线将射频脉冲传送到光学焦点旁边的金刚石表面，用于核自旋控制
为了防止周围的磁场噪音，研究小组将包括钻石和磁铁在内的装置放置在低碳钢磁屏蔽罩内
使用金刚石中14N核自旋的DQ测量协议
(A)沿NV轴施加和不施加磁场B时NV中心基态的能级图
插图描绘了14N核自旋水平，其中∣mI = 1⟩子能级之间的分裂取决于外加场和样品围绕NV轴的旋转
旋转检测基于对该间隔的测量
(二)DQ核拉姆齐脉冲序列
插图:4-拉姆齐相位循环测量方案
(三)DQ核拉姆齐条纹(R1、R2、R3和R4)，通过顺序交替最后一个双量子脉冲的相位获得，如(二)插图所示
频域频谱显示傅里叶变换绝对值的平方，这揭示了在fDQ频率下的DQ信号和在f1和f2频率下的剩余单量子(SQ)信号
左下:DQ核4-拉姆齐条纹，通过组合四个DQ连续拉姆齐测量R = R1-R2+R3-R4来消除剩余SQ信号而获得
(四)DQ核4-拉姆齐条纹
符号代表实验数据，而实线是指数衰减的正弦波拟合
信号的振荡频率对应于fDQ，而指数衰减时间对应于核DQ自旋相干时间T∫2 = 1
95(5)毫秒
插图:工作点附近DQ 4-拉姆齐条纹的放大图；旋转测量是在固定的自由进动时间τ ≈ 1下进行的
4毫秒，通过监测荧光信号的变化
信用:科学进展，doi: 10
1126/sciadv
abl3840 钻石陀螺仪:旋转感应
(A)作为平台旋转速率的函数测量的钻石陀螺仪荧光信号R(平均15条轨迹；每个轨迹200秒)
校准系数α由线性拟合确定
插图:α的时间稳定性
在几个小时内测量α的分数变化
(二)钻石陀螺仪测量的和速率表报告的旋转速率均为每秒钟的平均值，然后作为时间的函数绘制在一起
时间相关性被编程为跟踪“NV”
“信用:科学进展，doi: 10
1126/sciadv
abl3840 陀螺仪的旋转检测原理及实际应用 为了检测旋转，研究小组测量了钻石中氮空位中心固有的14N核自旋进动状态的变化
科学家们准备了处于叠加态的14N核自旋
然后，他们通过拉姆齐干涉测量技术测量频率偏移，实现了工作中提出的旋转检测
为了证明钻石陀螺仪在一定转速范围内的实际意义，科学家们在速率表上进行了一系列测试实验
首先，他们校准了陀螺仪，然后将荧光信号转换成校准旋转信号
钻石陀螺仪:艾伦偏差
作为平均时间函数的钻石陀螺仪噪声测量
对角点划线显示了与白噪声一致的1/t√相关性
信用:科学进展，doi: 10
1126/sciadv
abl3840 观点 通过这种方式，Andrey Jarmola和他的同事开发了一种基于金刚石中氮空位(NV)中心固有的14N核自旋的固态核磁共振陀螺仪
Jarmola等人
注意到该技术的关键特征，包括光学偏振和不使用微波跃迁的核自旋读数
通过使用温度补偿磁体、磁屏蔽和强大的脉冲协议，该团队降低了温度和磁场漂移的影响，将陀螺仪的长期稳定性延长至数百秒
该团队打算通过延长14N核自旋相干时间来提高钻石陀螺仪的灵敏度
为了提高长期稳定性，他们还提出用更好的磁屏蔽来减少环境磁场漂移
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