Radio-Frequency Electric Field Sensing Based on a Single Solid-State Spin

振幅 电场 物理 偶极子 钻石 无线电频率 纳米尺度 相(物质) 凝聚态物理 原子物理学 材料科学 光学 电气工程 量子力学 复合材料 工程类
作者
Cheng Zhi,Xiangyu Ye,Wu Jian-Dong,Pei Yu,Chengjie Wang,Mengqi Wang,Chang‐Kui Duan,Ya Wang,Fazhan Shi,Tian Chang-Lin,Hongwei Chen,Pengfei Wang,Jiangfeng Du
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:19 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.19.014057
摘要

Nanoscale amplitude and phase sensing of a rf electromagnetic field can benefit broad frontiers in science and technology. The imaging applications in these research areas demand a nanoscale sensor able to detect rf electric fields over a wide frequency range under ambient conditions, which remains a challenge. Here, we present a rf electrometry based on the forbidden magnetic dipole transition of a single shallow nitrogen-vacancy center in diamond and experimentally demonstrate the detection of rf electric fields at frequencies ranging from 13.85 MHz to 2.02 GHz. A sensitivity of $265\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\mathrm{V}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{cm}}^{\ensuremath{-}1}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\mathrm{Hz}}^{\ensuremath{-}1/2}$ for amplitude measurement and a standard deviation of ${0.2}^{\ensuremath{\circ}}$ for phase measurement are achieved. The potential applications of nanoscale sensing and imaging of electromagnetic field are discussed.

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