l  超高灵敏度温度传感器

金刚石中的NV被学界广泛关注，因为它不仅可以作为单光子源在量子信息中起到重要作用，更重要的是它可以被用于纳米尺度量子传感。NV色心对磁场、电场梯度、应力和温度都有敏感响应，目前基于NV色心的各种类型的传感器不断涌现出来。例如，NV色心自旋跃迁的频率随温度变化，是灵敏的温度传感器，灵敏度可以达到5 mK/Hz^1/2。但此温度传感灵敏度在测量单细胞凋零时还远远不够(理论预测是~10 µK)。我们将含有NV色心的纳米金刚石与温度响应磁性纳米颗粒相结合，制备出新型纳米尺度复合型量子温度传感器。这种新型复合型量子传感器可以把基于NV色心的温度传感的灵敏度从现有的5 mK/Hz^1/2提高到了76 µK/Hz^1/2。相关成果发表于 Natl. Sci. Rev. nwaa194 (2021)。

纳米尺度复合型量子温度传感器

l 高精度纳米尺度量子传感

我们提出一种新型量子精密测量方式：通过获取紧贴在物体表面纳米金刚石三维转动信息，重构出物体表面形变信息。并通过实验证明，该方法将测量到形变测量轴向精度提高到5 nm，比分辨荧光显微方法的精确度提高1个数量级。并首次探测到纳米尺度表面张力对物体形变的影响。该方法，可以为研究细胞等软物质在纳米尺度力学响应提供一个新平台。我们进一步在测量金刚石三维转动的基础上引入三维平动追踪，实现了对纳米颗粒的“平动-转动-追踪”的实时监控。并将该方法运用于活体细胞生物活性研究。该方法的使用使得NV成为有种新的生物活体量子探针。我们搭建共聚焦显微镜-AFM-光泵磁共振联用平台以及双扫描信道六维追踪实验平台并设计实验、完成样品制备以及实验测量，相关成果发表于Nat. Commun. 10, 3259, (2019) 与Nano Lett. 21, 3393 (2021)。