▲利用金刚石中的类原子缺陷，一种固态类原子可以构造时钟。

中国科学技术大学微磁共振重点实验室杜江峰、施发展等进行了第一次原子缺陷完全相同试验固态系统。检测精度达到赫兹级，并在此基础上提出了一种新的固态原子钟方案。结果发表在最近的《物理评论快报》上。

精密测量是人类加深对自然认识的重要手段。基本物理规律的检验、基本物理常数的测量、原子钟和引力波探测等领域都是以精密测量为基础的。

近十年来，金刚石中的一种类似原子的缺陷——氮空位色心（NV中心）受到了广泛的关注。

这种缺陷具有许多优良的特性。例如，它在室温和大气条件下具有很长的相干时间。它可以通过激光照射读取和初始化。自旋资源等。

基于这些优点，氮空位色心在量子精密测量和量子计算领域得到了广泛的应用。

在室温和大气条件下，研究小组对氮空位色心的身份进行了赫兹级测试。研究小组使用拉姆齐干涉测量系统的哈密顿量，并在赫兹级别比较了不同的色心。该测量的准确度比之前的实验高四个数量级。

实验惊奇地发现，即使在室温和大气条件下，不同的色心在赫兹水平上仍然可以表现相同，不均匀的晶格应力可以使色心产生数十赫兹的差异。

基于上述相同测试的结果，课题组提出了一种具有高鲁棒性和集成特性的固态原子钟的新方案。

该方案以核自旋的电四极耦合为频率标准。一颗1立方毫米的钻石，色心浓度为6ppb，可以达到现有商业原子钟的水平。 与现有的商用原子钟相比，得益于金刚石晶格的保护作用，这款固态原子钟更适合在低温、高压等具有挑战性和复杂的环境中工作和移动平台。

▲(a)：实验检测序列和拉姆齐干扰结果； (b)：相同的测试结果：四极矩耦合参数的测量结果，前五个是远离固体浸没透镜的色心，后两个是固体浸没透镜中的色心。固体浸没镜片的上部加工会产生局部应力，导致色心不同； (c)：原子钟方案的艾伦方差，黑色实线为实验组提出的固体原子钟方案。

这项工作提供了一种在固态自旋中进行精确测量的方法，并加深了对固态类原子缺陷的理解。未来，测量精度可以进一步提高到低温下的毫赫兹级别。在应用层面，这项工作提出了一类具有高鲁棒性和集成特性的固态原子钟，相关成果已申请专利。

中国科学院显微磁共振重点实验室博士后谢天宇、博士生赵志远、博士后郭茂森是本文的共同作者，杜江峰院士和教授史发发为该论文的共同通讯作者。

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