NV色心金刚石与量子研究

北京时间10月4日17时45分许，在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔化学奖授予美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美国哥伦比亚大学教授路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)和美国纳米晶体科技公司科学家阿列克谢·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，以表彰他们在量子点的发现和发展方面的贡献。

金刚石是自然界中一种硬度极高的无色透明矿石，是碳元素的一种同素异形体。其由碳原子按照立方体晶格结构所组成，具有极高的硬度，很高的光学折射率和透过率，以及良好的导热性和十分宽的禁带宽度等。基于众多的优异性质，金刚石被广泛应用在如工业界切割打磨工具制造、光学材料以及半导体材料研制等方面。

自然界中的天然金刚石通常会表征出一些特殊的颜色，例如生活中可见的黄钻、粉钻、绿钻以及黑钻等各色宝石，如下图所示：

氮-空位色心（NV色心），是金刚石中一种晶格缺陷。当金刚石晶格中的某个碳原子被一个氮原子杂质所取代，同时捕获了邻位的一个空位，便形成了单个NV色心，其晶格结构如图所示：

另外，在量子精密测量领域，NV 色心凭借着纳米级物理尺度和极高的探测灵敏度迅速成为了研究热点。

美国剑桥CIL推出商业化量子级气体12C甲烷QG-alpha，3ppm氮含量极低、超高纯度和丰度99.99%，用于合成氮空位色心金刚石，助力量子磁力仪和量子密钥分发的研究。