中國科學技術大學杜江峰院士、石發展教授等人在固態體系中開展了首個類原子缺陷全同性檢驗，頻率檢驗精度達赫茲級，并基于這一檢驗結果提出新型固態原子鐘方案。該成果日前發表于《物理評論快報》。

粒子的全同性是開展高精度測量的前提，人們傾向于相信光子、電子、原子等粒子天然就是全同的。但對于固體中的類原子缺陷，由于固態晶格的復雜性，人們通常不認為它們是全同的。目前，科學界尚未對固體中的類原子缺陷進行過高精度的全同性檢驗。

金剛石中的一種類原子缺陷——氮—空位色心，具有很多優良的性質，如在室溫大氣條件下具有很長的相干時間、可通過激光照射讀出和初始化、周圍存在可被利用的核自旋資源等。

在室溫大氣條件下，該研究組對氮—空位色心的全同性進行了赫茲級水平的檢驗。其中，對氮核自旋的電四極矩耦合的測量最為精確，精度比以往實驗提高了四個數量級。實驗發現，即使在室溫大氣條件下，不同的色心仍能在赫茲水平上表現為全同，而不均勻的晶格應力可使色心產生數十赫茲的差異。

基于全同性檢驗結果，他們提出一種具有高魯棒性和集成性特點的固態原子鐘新方案。該方案將核自旋的電四極矩耦合當做頻率標準，一塊1立方毫米大小的具有6 ppb色心濃度的金剛石即可達到現有商用原子鐘的水平。相較于現有商用原子鐘，該固態原子鐘更適合在低溫、高壓、移動平臺等具有挑戰性的復雜環境下工作。目前，相關成果已申請專利。

該工作提供了一種在固態自旋中開展精密測量的方法，未來測量精度可在低溫下進一步提升至毫赫茲水平。（桂運安）