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中科大中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫方穩(wěn)研究組利用光學(xué)超分辨成像技術(shù)，突破光學(xué)衍射極限，實(shí)現(xiàn)對單個(gè)自旋態(tài)的納米量級空間分辨率測量和操控，成像精度達(dá)4.1納米，為光學(xué)衍射極限的1/86，超越2014年諾貝爾化學(xué)獎獲得者斯特凡·W·赫爾教授等人實(shí)現(xiàn)的光學(xué)衍射極限1/67的精度。
人的肉眼能分辨0.1毫米尺度的物體，再小就要借助工具才能看清。1665年，英國科學(xué)家羅伯特·虎克制造了第一臺用于科學(xué)研究的光學(xué)顯微鏡，但由于存在一道無法逾越的“墻”——光學(xué)衍射極限，光學(xué)顯微鏡也不能無止境地“放大”下去。 1873年，德國科學(xué)家阿貝提出衍射極限理論。根據(jù)此理論，光學(xué)顯微鏡分辨率極限只能達(dá)到300納米左右。
由中科大校友、哈佛大學(xué)教授莊小威等科學(xué)家發(fā)明的超分辨成像技術(shù)，成像精度達(dá)到幾十個(gè)納米，把傳統(tǒng)成像分辨率提高了10倍到20倍，好比一個(gè)近視眼的人突然戴上了合適的眼鏡，成為研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)和物理測量的利器。實(shí)驗(yàn)中，中科大孫方穩(wěn)研究組利用50毫瓦泵浦激光，完成了對氮-空位色心的高分辨成像，精度達(dá)4.1納米。此外，基于該電荷態(tài)耗散成像技術(shù)和微波調(diào)控技術(shù)，他們還實(shí)現(xiàn)了高空間分辨率的自旋量子態(tài)的操作和測量，演示了高分辨率的磁場測量。這一成像技術(shù)原理與斯特凡·W·赫爾教授發(fā)明的受激發(fā)射耗散成像技術(shù)類似。
研究成果1月2日發(fā)表在《自然》子刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》上。這一技術(shù)不僅可用于納米尺度的高精度電磁場測量，今后還可能在量子信息技術(shù)、生命科學(xué)研究等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
