Nitrogen-vacancy centers in diamond: From fundamental principles to quantum sensing

金刚石氮空位色心凭借室温毫秒级自旋相干、原子级空间尺寸、非侵入无破坏性、化学结构稳定、生物无毒与多物理场耦合强度可调等特性，迅速成长为横跨凝聚态物理、新兴量子技术、纳米科技和生命科学的最具活力的多功能固态量子平台。其电子自旋可被激光高效极化，也能通过微波共振实现量子态操控，已实现了磁场、电场、温度、应力、自旋等物理场的高灵敏度测量，部分实验已实现单核自旋或单电子电荷的识别。在这篇综述中，我们首先对金刚石NV色心的基本性质做一个简明的概述，阐明自旋轨道耦合、超精细耦合等对系统能级的影响，然后系统梳理了NV色心的制造方法，详细描述了如何利用NV色心进行纳米尺度的传感测量和应用。