Abstract:

金剛石中存在一類氮-空位缺陷（NV色心），是一個電子自旋和核自旋耦合的固态自旋體系，因為具有獨特的發光性質和磁敏感特性，近年來成為量子精密測量領域中的一個熱點體系。本報告介紹我們課題組基于該體系展開的兩個研究方向：

1.基于單自旋體系的非厄米量子物理實驗研究。 我們就量子體系如何實現非厄密量子力學演化提出了一種“擴張”的方法，并且在金剛石NV體系中展示了對時間-宇稱破缺物理的實驗觀測[1]。随後我們對非厄密量子物理中關心的量子态演化問題做了一系列研究，從而可以觀察到厄米哈密頓量支配體系演化時所無法觀察到的一些有趣的性質[2]。

2.當我們掌握對NV色心體系哈密頓量精密調控能力的時候，我們可以将其用作一種新穎的磁場傳感器。我們将介紹兩類特殊的用途。 一種是利用單個NV色心構築微納尺度的磁傳感器，在亞微米尺度對物理學基本規律開展檢驗，希望從中對非标準模型新物理所預言的實驗現象開展探索[3,4]。另外一種是利用大量的NV色心構築高靈敏度的磁傳感單元。特别介紹最近我們發現能夠直接将自然界太陽光驅動量子磁傳感器，實現對磁場的精密測量[5]。

References
[1] Yang Wu, Wenquan Liu, Jianpei Geng, Xingrui Song, Xiangyu Ye, Chang-Kui Duan, Xing Rong, and Jiangfeng Du, Observation of parity-time symmetry breaking in a single-spin system, Science 364, 878 (2019)
[2] Wenquan Liu, Yang Wu, Chang-Kui Duan, Xing Rong, and Jiangfeng Du, Dynamically Encircling an Exceptional Point in a Real Quantum System, Physical Review Letters 126, 170506(2021).
[3] Man Jiao, Maosen Guo, Xing Rong, Yi-Fu Cai, and Jiangfeng Du, Experimental Constraint on an Exotic Parity-Odd Spin-and Velocity-Dependent Interaction with a Single Electron Spin Quantum Sensor, Physical Review Letters 127, 010501(2021)
[4] Xing Rong, Man Jiao, JianpeiGeng, Bo Zhang, TianyuXie, Fazhan Shi, Chang-Kui Duan, Yi-Fu Cai, and Jiangfeng Du, Constraints on a Spin-Dependent Exotic Interaction between Electrons with Single Electron Spin Quantum Sensors, Physical Review Letters 121, 080402 (2018)
[5] Y. Zhu et al. Sunlight-driven quantum magnetometry. Physical Review X Energy, in press, 2022.