通过MPCVD共制备的金刚石NV中心，用于集成电路中的非侵入式量子传感

《Science China-Physics Mechanics & Astronomy》：Co-engineered diamond NV centers via MPCVD for non-invasive quantum sensing in integrated circuits

采用微波等离子体化学气相沉积法合成高浓度氮空位中心金刚石样品，经电子辐照和高温退火处理，获得T2*=0.48μs的NV中心，加工为微米级晶体并集成光纤探针，实现5.77nT/√Hz灵敏度及0.1G分辨率，成功完成二维磁场成像实验。

　　

摘要

钻石中的氮空位（NV）中心是一种由氮原子替代碳空位形成的点缺陷。由于其卓越的荧光特性和较长的量子相干时间，NV中心在量子计算、量子传感和磁场成像领域具有广泛的应用前景。本研究重点关注NV中心的磁场传感能力，其性能显著依赖于NV的浓度和相干时间。通过使用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术并控制氮的掺杂量，随后进行电子辐照和高温退火处理，制备出了高性能的NV中心钻石样品。这些样品具有较高的NV浓度，其相干时间达到 T₂^* = 0.48 μs。这些钻石通过激光切割和抛光工艺被加工成微米级晶体，然后集成到基于光纤的探针中用于磁场检测。首先独立测试了该传感器的性能，结果显示其磁灵敏度为 5.77 \({\rm nT}/{\sqrt {\rm Hz}}\)，磁分辨率为 0.1 G@4715 G。随后在芯片表面进行了二维磁场成像实验，证明了该探针能够精确地绘制局部磁场分布。