恒元物理学讲座（第052期）：利用微波腔增强法拉第效应实现超高灵敏弱磁探测

讲座内容：

弱磁场超高灵敏检测在科技、国防和民生等很多领域有广泛应用，包括生物分子成像、矿藏探测、潜艇跟踪和核磁共振成像等。磁场探测的原理和方法很多，主要有超低温超导磁计、原子气室磁计和基于钻石中色心缺陷的全固态磁计。当前最高磁场测量精度由原子气室磁计保持，可达到亚飞特斯拉级，而目前钻石磁计只能提供亚皮特斯拉级灵敏度。本研究利用腔增强法拉第效应实现亚飞特斯拉灵敏度磁场探测，提出将纳米钻石植入微波腔中，利用微波探测微波场偏振旋转。在含有大量色心缺陷的钻石中传播的微波其偏振方向在外加磁场作用下会发生偏转，即法拉第旋转。利用高品质微波腔极大地增长微波在钻石中的有效传播长度，本方案实现了全固态单微波光子探测纳特斯拉级灵敏度和纳瓦级微波探测功率下亚飞特斯拉级磁检测灵敏度。