# 金刚石量子磁力计

拉普拉斯的迷你世界 · 图版 F42 · 能源、航天与探测 · 量子

> 金刚石里，一个氮原子旁边缺了一个碳。这个缺陷的电子自旋，在室温下就能读出，用来量很弱的磁场。

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- 更新于：2026-10-24

## 01 室温下的皮特斯拉

2015 年的一项实验，用一块金刚石里约 1.4 × 10¹¹ 个 NV 色心，在室温下做到了每根号赫兹 0.9 皮⁠特⁠斯⁠拉的灵敏度，测到的最小磁场是 100 飞⁠特⁠斯⁠拉。条件写清楚：量的是交变磁场（自旋回波），激光 400 毫⁠瓦，感测体积 8.5 × 10⁻⁴ 立⁠方⁠毫⁠米。地磁场在地表是 22⁠–⁠67 微⁠特⁠斯⁠拉。

单个色心的灵敏度差得多，在最好的金刚石里，量交变磁场约每根号赫兹几到 10 纳⁠特⁠斯⁠拉。它的长处是小，只有埃的尺度，能贴到离样品几纳米的地方：2012 年，金刚石针尖里的单个色心看清了 25 纳⁠米宽的磁畴；2013 年，离表面约 7 纳⁠米的色心测到了 (5 纳⁠米)³ 体积里的核磁共振。色心传感器在室温、大气压下工作，不需要低温、真空和特斯拉级的磁铁。

*0.9 pT/√Hz（色心系综，2015）· 25 纳⁠米（单个色心，2012）· 室温*

## 02 每个碳连着四个碳

金刚石是碳原子排成的晶体。每个碳原子连着四个最近的碳原子，四个邻居在一个正四面体的四个角上，键长 1.54 埃，键角 109.5°。立方晶胞的边长是 3.567 埃，也就是 0.3567 纳⁠米；一立方厘米里约有 1.76 × 10²³ 个碳原子。

这个模型是两个晶胞见方的一块，放大了约 1.7 亿⁠倍。仪器里的金刚石片长宽 4 毫⁠米、厚 0.5 毫⁠米，里面约有 1.4 × 10²¹ 个碳原子。

*键长 1.54 埃 · 键角 109.5° · 晶胞 0.3567 纳⁠米*

## 03 一个氮，一个空位

把一个碳换成氮，再让紧挨着它的格位空着，就是氮–空位色心，简称 NV 色心。氮和空位的连线是它的轴，沿着晶体的四个 ⟨111⟩ 方向之一；一块金刚石里的色心，四个方向都有。它可以在化学气相沉积生长金刚石时长进去，也可以用辐照或离子注入再加热退火做出来。

色心有带负电（NV⁻）和中性（NV⁰）两种。量磁场用的是 NV⁻：按常用的成键图像，空位周围三个碳和一个氮的悬挂键提供五个电子，再从附近的施主拿来一个，一共六个。它们的基态是一个自旋三重态。NV⁰ 没有可探测的磁共振。

*氮 + 空位 · 沿 ⟨111⟩ · NV⁻ 用来测量*

## 04 三个自旋态

自旋三重态沿 NV 轴有三个状态：ms = 0、​+1、​−1。即使没有磁场，ms = ±1 也比 ms = 0 高出一截，对应的频率差 D 在室温下约 2.87 GHz（低温下约 2.88 GHz）。这叫零场分裂，来自色心里电子之间的自旋–自旋相互作用，不是磁场造成的。

2.87 GHz 是微波的频率。1977⁠–⁠1978 年，电子顺磁共振第一次量到这个分裂；当时它被当成激发态，现在公认它是基态。

*ms = 0、​±1 · D ≈ 2.87 GHz（室温）*

## 05 绿光进，红光出

用绿光照色心（常用 532 纳⁠米的激光），电子被激发，落回基态时发出红光：零声子线在 637 纳⁠米，荧光铺满约 600⁠–⁠850 纳⁠米。处在 ms = ±1 的色心，被激发后约有 55 % 的机会绕道走单重态；那条路不发这段红光，还要在单重态里停约 140⁠–⁠220 纳⁠秒。处在 ms = 0 的，只有约 14⁠–⁠17 %。所以 ms = ±1 发光少，单个色心的对比度约 20 %。

绕道回来的色心多半落在 ms = 0。绿光照上一阵，大部分色心（单个色心的数据算出约 80 %）就停在 ms = 0：同一束光既把自旋放好，又把它读出来。这一切在室温下进行，色心也不会像染料分子那样被光漂白。

*532 纳⁠米进 · 637 纳⁠米零声子线 · ms = ±1 约暗 20 %（单个色心）*

## 06 扫一遍微波

绿光一直照着，再让微波的频率慢慢扫过。频率对上 D 时，微波把自旋从 ms = 0 翻到 ms = ±1，红光就暗下去，荧光曲线上出现一个凹陷。这叫光探测磁共振（ODMR）：自旋的状态，用光的亮暗读出来。

1997 年，室温下的共聚焦显微镜第一次看到单个 NV 色心，并在单个色心上测到了这个凹陷。图中的曲线是本页按公式算的，凹陷深 5 %、宽 6.3 兆⁠赫，是色心系综常见的量级。

*频率对上 D → 自旋翻转 → 荧光变暗*

## 07 一个凹陷变成两个

加上沿 NV 轴的磁场 B∥，ms = +1 升高、ms = −1 降低，两个凹陷出现在 D ± γB∥，γ ≈ 28.03 GHz/T，也就是每毫特 28.03 兆⁠赫。两个凹陷相距 2γB∥：相距 56 兆⁠赫，沿轴的磁场就是 1 毫⁠特。D 不随磁场变，磁场沿轴时，两个凹陷的中点正好是 D。

磁铁沿杆移近，两个凹陷就分得更开。色心量的是磁场沿自己轴的分量：磁场斜着来，曲线不再是简单的平移，横向的分量还会让对比度变差；横向分量到几十毫特时，这种办法就不好用了。

*f = D ± γB∥ · γ ≈ 28.03 GHz/T · 1 毫⁠特 ↔ 56 兆⁠赫*

## 08 剖开：物镜和立方体

显微镜的柱子剖开一角。绿光从左边进入立方体，被一块二向色镜折向下，经物镜聚到金刚石上；色心的红光被同一只物镜收回，向上穿过二向色镜。二向色镜反射绿光、让红光通过，一台教学装置用的是 550 纳⁠米截止的长通二向色镜。剖开的物镜里的镜片只是示意。

再往上，一片长通滤光片再挡掉残余的绿光（那台教学装置是 600 纳⁠米截止），镜筒里的透镜把像投到相机的传感器上。收光不容易：金刚石的折射率约 2.41，光到了表面，偏离法线超过约 24.5° 就被全反射，困在晶体里。从平整的表面收光，空气物镜（NA 0.95）只收得到约 3.7 %，油浸物镜（NA 1.49）约 10.4 %。

*绿光反射、红光透过 · 折射率 ≈ 2.41 · 平面收光 3.7⁠–⁠10.4 %*

## 09 绿光的开关

左边是 532 纳⁠米的绿光激光器；这件事不需要线宽很窄的激光，一台普通的固体激光器就够了。光先穿过声光调制器：晶体里的声波让光偏开一点，只有偏开的那一束能穿过后面的光阑，声波一停，光就断了。潜望镜的两面镜子把光束抬到显微镜立方体的高度。

有了开关，就能做脉冲测量：先用绿光把自旋放到 ms = 0，关掉绿光，打一个微波脉冲，再开绿光读出。读出的那段绿光通常取约 300 纳⁠秒，为的是让对比度最好。图中是这样一个序列的示意。

*532 纳⁠米 · 声光调制器开关 · 读出约 300 纳⁠秒*

## 10 微波：信号源和天线

右边的信号源在 2.87 GHz 附近扫频，屏幕上是此刻的频率。放大器把信号放大，经同轴电缆送到电路板上；板上一条金色的线连到金刚石周围的一个环，微波的磁场穿过金刚石，翻转色心的自旋。最简单的天线，就是一段接在同轴电缆上的导线。

一台教学装置用直径 40 微⁠米、约 5 毫⁠米长的铜线当天线，信号源最多 20 dBm（0.1 瓦），在 2.7⁠–⁠3.1 GHz 之间扫频，已经足以看到清楚的凹陷。2013 年拍细胞的装置在放大器前加了一个开关；强的微波会加热样品。

*2.7⁠–⁠3.1 GHz、0.1 瓦（教学装置）*

## 11 偏置磁铁和四个方向

偏置磁铁装在转台的臂上，对准芯片。它先给色心一个已知的磁场，让两个凹陷分开，工作在塞曼移动随磁场线性变化的区间，这时对磁场的变化最灵敏；要量的弱磁场叠在它上面。磁铁沿某一个色心方向摆放时，这个方向的一对凹陷分得最开。

金刚石里四个方向的色心都有，各自量沿自己轴的分量，所以一块色心系综能量出完整的磁场矢量，没有死角。磁场沿一个 ⟨111⟩ 方向时，另外三个方向和它成 70.5° 或 109.5°，它们的凹陷挤在中间。转动转台，四对凹陷各自移动。

*四个 ⟨111⟩ 方向 · 夹角 70.5° 或 109.5° · 一块系综量出矢量*

## 12 每个像素一个磁力计

量子金刚石显微镜把金刚石表面一薄层色心成像到相机上。每个像素收的是对应那一小片色心的红光，各有一条 ODMR 曲线；逐个像素读出凹陷的位置，就拼成一张磁场图。分辨率受衍射限制，约为 λ/(2NA)：红光按 700 纳⁠米、NA 0.7 算，约 500 纳⁠米。

2013 年拍活细菌，用的是 sCMOS 相机，分辨率约 400 纳⁠米；按论文给的两种色心面密度算，400 纳⁠米见方的一小块下约有 480⁠–⁠1 600 个色心。不需要成像时，一只光电二极管量总亮度就够（教学装置和神经元实验都这样做）；量单个色心，用单光子计数的雪崩光电二极管。图中的磁场图是本页画的玩具。

*每个像素一条 ODMR 曲线 · λ/(2NA) ≈ 500 纳⁠米（NA 0.7）*

## 13 一个神经元的磁场

2016 年的一项实验，把金刚石放在离样品约 10 微⁠米处，在室温下测到了单个神经元放电（动作电位）的磁场：先是离体的海洋蠕虫和鱿鱼的巨轴突，再是完整的活蠕虫体外。论文预印本给出：蠕虫轴突的信号峰峰值约 4.1 纳⁠特⁠斯⁠拉（150 次平均），活蠕虫体外约 1 纳⁠特⁠斯⁠拉。这种办法不用标记，不改基因，不会漂白，能隔着不透明的组织测。

2013 年，同类装置在室温下拍到活的趋磁细菌里磁小体链的磁场，分辨率 400 纳⁠米，视场 100 × 30 微⁠米；2015 年，量子金刚石显微镜在约 1 平⁠方⁠毫⁠米的视场里，以单个细胞的分辨率检测带磁性标记的稀有肿瘤细胞。色心也能当温度计：2013 年，纳米金刚石在单个人类细胞里画出了亚细胞尺度的温度分布。

*约 4 纳⁠特（单个神经元，预印本）· 400 纳⁠米（活细菌，2013）*

## 14 磁畴、岩石和太空

扫描单个色心能看到材料里的磁结构：2014 年，看到 1 纳⁠米厚的铁磁纳米线里的磁畴壁在相距 50 纳⁠米的两个钉扎点之间跳动；2017 年，在室温下看到铁酸铋（BiFeO₃）薄膜里周期约 70 纳⁠米的自旋摆线；2019 年，量出单层 CrI₃ 的磁化强度，那次在 7 开下做，因为这种材料要到 45 开以下才有磁性。

量子金刚石显微镜也给岩石拍磁场图：2017 年，分辨率 5 微⁠米、视场 4 毫⁠米，拍了地球岩石和 Allende 陨石的薄片。2026 年报道，一台 1U 大小（10 × 10 × 10 厘⁠米）、420 克、5 瓦的色心磁力计在国际空间站上画出了磁场矢量图。用它导航、不靠卫星信号，还停在提议和原型。

*25 纳⁠米（磁畴）· 5 微⁠米（岩石）· 1U（国际空间站）*

## 15 还差什么

光太少。常见的装置里，每个光子被探测到的概率约千分之一，测量由光子的散粒噪声决定；最好的色心系综器件，离自旋投影的极限至少还差约 100 倍。对比度由色心本身的物理决定，单个约 20 %，系综只有 5⁠–⁠10 %。系综色心多、信号强，代价是空间分辨率。比绝对灵敏度，SQUID 和原子磁力计在每根号赫兹飞特斯拉及以下，比最好的色心系综好约 1000 倍。

温度和热。D 随温度每开变化 −74.2 千⁠赫，只看一个凹陷，1 开的变化就像 2.65 微⁠特⁠斯⁠拉的磁场；同时看两个凹陷，可以把它扣掉。激光加热随功率线性增长，散粒噪声的极限却只随功率的平方根改善；强微波也会加热样品。离表面 20 纳⁠米以内的色心，相干和光学性质都更差；可离样品越远，偶极子的磁场衰减越快（距离的三次方），细节越模糊。

*约千分之一的光子 · −74.2 kHz/K ↔ 2.65 µT · SQUID 约好 1000 倍*

## 16 拆开来看

相机、二向色镜与滤光片、物镜、金刚石、微波电路板、偏置磁铁、位移台与转台、支架、激光器、声光调制器、光阑与潜望镜、微波信号源和放大器，一件一件分开。

指针停在哪一件上（手机上轻点一下），那一件便单独托起，标出名字，其余的淡去。

## 17 量一次磁场

拉杆三挡：绿光、扫频、读数。绿光把自旋放到 ms = 0，芯片亮起红光；扫频时，微波从 2.66 GHz 扫到 3.08 GHz，荧光曲线一点点画出来；读数时，从两个凹陷的间隔算出沿 NV 轴的磁场：B∥ = (f₊ − f₋) / 2γ。

三个滑杆管磁场的大小（0⁠–⁠5 毫⁠特，磁铁在杆上前后移动）、磁场和 NV 轴的夹角（0⁠–⁠90°，转台带着磁铁转）和温度（上下 10 开）。“四个方向”开着时，就是一块色心系综：四个方向各给出一对凹陷。温度让两个凹陷一起移动，间隔不变，所以从间隔读出的磁场不受影响；只盯一个凹陷的话，1 开的温度变化看起来就像 2.65 微⁠特的磁场。读数都是本页按公式算的。

**试一试**：把夹角调到 70°：从两个凹陷读出的磁场，和沿 NV 轴的磁场还一样吗？再把温度调高 10 开，读数变了吗？

## 模型省略了什么

台子按论文和综述描述的布局做：532 纳⁠米激光器和声光调制器、光阑和潜望镜、显微物镜、二向色镜和长通滤光片、相机、金刚石下的微波天线、偏置磁铁；它不是哪个实验室的图纸，光路比真实的短。金刚石片画成 4 × 4 × 0.5 毫⁠米，2016 年神经元实验用的就是这个尺寸。电路板上的金色环和转台上的磁铁臂是示意的做法，真实的装置常用一段导线或一个小环，磁铁也常是手动放好的。晶格模型放大约 1.7 亿⁠倍：原子画成有釉的球，键画成钢棍，空位画成一个红边的透明球，色心的红光画在空位上；真实的电子分布在空位周围的悬挂键上，没有这样清楚的边界。绿光、红光的光锥和微波环周围的紫色闪光都是示意。荧光曲线是本页按自旋哈密顿量算的，只有零场分裂和塞曼项，没有应变、超精细结构和功率展宽；芯片红光的明暗跟着曲线变，变化放大了 10 倍才看得出。磁铁在杆上的位置按一块直径 12 毫⁠米、长 10 毫⁠米的磁铁的轴线公式估算，只是示意；塞曼一章里磁铁移近到芯片处约 1 毫⁠特，也是这样估的。能级图里的塞曼分裂画得比真实的大（1 毫⁠特只把 ±1 移开 28 兆⁠赫，是 2.87 GHz 的百分之一）。封面放大镜里是氮–空位周围的一小块晶格，沿 ⟨110⟩ 方向略斜着看，原子的间距按真实比例（下方是 0.2 纳⁠米的比例尺）。相机一章的磁场图，是两个磁偶极子画成的玩具。

## 几个常见的误解

这里的色心是传感器，不是量子计算机：测量用的是自旋频率的移动。色心量的是磁场沿自己轴的分量，不是总磁场；要得到整个矢量，靠金刚石里四个方向的色心。2.87 GHz 是零场分裂，不是塞曼分裂：没有磁场时它就在，磁场让两个凹陷在它两边分开。“室温”说的是不用低温、真空和强磁铁，不是不用管温度：D 每开漂 −74.2 千⁠赫，几瓦激光的系综装置还要散热。单个色心并不比 SQUID 灵敏，它赢在小、离样品近、分辨率高。色心也不是把绿光一个对一个地变成红光：每吸收一个绿光子最多发出一个红光子，多出的能量变成晶格振动，绕道单重态时一个也不发，发出的光大多又困在金刚石里。用色心磁力计导航，还停在提议和原型。1997 年第一次看到的是单个色心；这个缺陷本身和它的 2.88 GHz 分裂，早在 1960⁠–⁠70 年代就在成块的样品里研究过。

## 常见问题

### 什么是零场分裂 D？

即使没有磁场，ms = ±1 也比 ms = 0 高出一截，对应的频率差 D 在室温下约 2.87 GHz（低温下约 2.88 GHz）。

见：[04 三个自旋态](https://world.lapla.si/zh/nvdiamond/#levels)

### 什么是光探测磁共振（ODMR）？

频率对上 D 时，微波把自旋从 ms = 0 翻到 ms = ±1，红光就暗下去，荧光曲线上出现一个凹陷。

见：[06 扫一遍微波](https://world.lapla.si/zh/nvdiamond/#odmr)

### 金刚石色心怎样从凹陷读出磁场？

加上沿 NV 轴的磁场 B∥，ms = +1 升高、ms = −1 降低，两个凹陷出现在 D ± γB∥，γ ≈ 28.03 GHz/T，也就是每毫特 28.03 兆⁠赫。

见：[07 一个凹陷变成两个](https://world.lapla.si/zh/nvdiamond/#zeeman)

### 金刚石磁力计比 SQUID 灵敏吗？

比绝对灵敏度，SQUID 和原子磁力计在每根号赫兹飞特斯拉及以下，比最好的色心系综好约 1000 倍。

见：[15 还差什么](https://world.lapla.si/zh/nvdiamond/#limits)

## 资料来源

1. [Doherty 等（2013）：The nitrogen-vacancy colour centre in diamond，Physics Reports 528, 1（C3v、沿 \[111\] 的氮–空位对；NV⁻ 与 NV⁰；六个电子；室温约 2.87 GHz、低温约 2.88 GHz；键长 1.54 埃；637 纳⁠米零声子线；Loubser 与 van Wyk 的电子顺磁共振；生长、辐照或注入后退火）](https://arxiv.org/abs/1302.3288)
2. [Rondin 等（2014）：Magnetometry with nitrogen-vacancy defects in diamond，Rep. Prog. Phys. 77, 056503（只用 NV⁻；沿轴的投影；单个色心对比度约 20 %；读出约 300 纳⁠秒；探测效率约 10⁻³；折射率 2.4；相干时间；浅层色心；不漂白）](https://arxiv.org/abs/1311.5214)
3. [Barry 等（2020）：Sensitivity optimization for NV-diamond magnetometry，Rev. Mod. Phys. 92, 015004（D ≈ 2.87 GHz；g ≈ 2.003；ν± = D ± γB；四个方向与矢量测量；532 纳⁠米；600⁠–⁠850 纳⁠米；单重态寿命约 140⁠–⁠220 纳⁠秒；平面收光 3.7 % 与 10.4 %、n ≈ 2.41；离自旋投影极限约 100 倍；SQUID 与 SERF 约好 1000 倍；室温、无需低温和真空；系综以分辨率换信号）](https://arxiv.org/abs/1903.08176)
4. [Degen, Reinhard, Cappellaro（2017）：Quantum sensing，Rev. Mod. Phys. 89, 035002（量子传感的定义；约 1 pT/√Hz；原子蒸气磁力计）](https://arxiv.org/abs/1611.02427)
5. [Acosta 等（2010）：Temperature Dependence of the Nitrogen-Vacancy Magnetic Resonance in Diamond，PRL 104, 070801（dD/dT = −74.2 kHz/K，280⁠–⁠330 开；同时看两条共振可消去）](https://arxiv.org/abs/0911.3938)
6. [Robledo 等（2011）：Spin dynamics in the optical cycle of single nitrogen-vacancy centres in diamond，New J. Phys. 13, 025013（进入单重态的概率：ms = 0 约 14⁠–⁠17 %，ms = ±1 约 55 %；激发态寿命；声光调制器；雪崩光电二极管）](https://arxiv.org/abs/1010.1192)
7. [Balasubramanian 等（2009）：Ultralong spin coherence time in isotopically engineered diamond，Nature Materials 8, 383（¹³C 0.3 %；T₂ = 1.8 毫⁠秒；4 nT/√Hz）](https://doi.org/10.1038/nmat2420)
8. [Shikata 等（2018）：Precise measurements of diamond lattice constant using Bond method，Jpn. J. Appl. Phys. 57, 111301（3.567 095 埃）](https://doi.org/10.7567/JJAP.57.111301)
9. [Loubser, van Wyk（1978）：Electron spin resonance in the study of diamond，Rep. Prog. Phys. 41, 1201](https://doi.org/10.1088/0034-4885/41/8/002)
10. [Gruber 等（1997）：Scanning Confocal Optical Microscopy and Magnetic Resonance on Single Defect Centers，Science 276, 2012（室温下的单个色心与它的磁共振）](https://doi.org/10.1126/science.276.5321.2012)
11. [Maletinsky 等（2012）：A robust scanning diamond sensor for nanoscale imaging with single nitrogen-vacancy centres，Nature Nanotechnology 7, 320（25 纳⁠米宽的磁畴）](https://arxiv.org/abs/1108.4437)
12. [Staudacher 等（2013）：Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy on a (5-Nanometer)³ Sample Volume，Science 339, 561（离表面约 7 纳⁠米的色心）](https://doi.org/10.1126/science.1231675)
13. [Le Sage 等（2013）：Optical magnetic imaging of living cells，Nature 496, 486（趋磁细菌；400 纳⁠米；100 × 30 微⁠米；sCMOS 相机；信号源、开关、放大器和导线；色心面密度）](https://doi.org/10.1038/nature12072)
14. [Glenn 等（2015）：Single-cell magnetic imaging using a quantum diamond microscope，Nature Methods 12, 736（约 1 平⁠方⁠毫⁠米视场、单细胞分辨率）](https://doi.org/10.1038/nmeth.3449)
15. [Kucsko 等（2013）：Nanometre-scale thermometry in a living cell，Nature 500, 54（亚细胞尺度的温度分布）](https://arxiv.org/abs/1304.1068)
16. [Barry 等（2016）：Optical magnetic detection of single-neuron action potentials using quantum defects in diamond，PNAS 113, 14133（约 10 微⁠米；蠕虫与鱿鱼的单个神经元、活蠕虫；不用标记、不漂白）](https://doi.org/10.1073/pnas.1601513113)
17. [Barry 等（2016）：同一论文的 arXiv 预印本 1602.01056（4.1 纳⁠特峰峰值、150 次平均；活蠕虫体外约 1 纳⁠特；4 × 4 × 0.5 毫⁠米金刚石；光电二极管；几瓦激光与散热片）](https://arxiv.org/abs/1602.01056)
18. [Wolf 等（2015）：Subpicotesla Diamond Magnetometry，PRX 5, 041001（0.9 pT/√Hz，交变磁场、自旋回波；约 1.4 × 10¹¹ 个色心；400 毫⁠瓦；8.5 × 10⁻⁴ 立⁠方⁠毫⁠米；100 飞⁠特；单个色心约 10 nT/√Hz）](https://arxiv.org/abs/1411.6553)
19. [Tetienne 等（2014）：Nanoscale imaging and control of domain-wall hopping with a nitrogen-vacancy center microscope，Science 344, 1366（1 纳⁠米厚的纳米线，相距 50 纳⁠米的钉扎点）](https://doi.org/10.1126/science.1250113)
20. [Gross 等（2017）：Real-space imaging of non-collinear antiferromagnetic order with a single-spin magnetometer，Nature 549, 252（BiFeO₃，约 70 纳⁠米，室温）](https://arxiv.org/abs/2011.12399)
21. [Thiel 等（2019）：Probing magnetism in 2D materials at the nanoscale with single-spin microscopy，Science 364, 973（单层 CrI₃，7 开；居里温度 45 开）](https://arxiv.org/abs/1902.01406)
22. [Glenn 等（2017）：Micrometer-scale magnetic imaging of geological samples using a quantum diamond microscope，Geochem. Geophys. Geosyst. 18, 3254（5 微⁠米、4 毫⁠米；Allende 陨石）](https://arxiv.org/abs/1707.06714)
23. [Beerden 等（2026）：Diamond-based magnetometer aboard the International Space Station，Phys. Rev. Applied 25, 054017（1U、420 克、5 瓦；磁场矢量图）](https://doi.org/10.1103/483m-8hfc)
24. [Zhang 等（2018）：Little bits of diamond: Optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers，Am. J. Phys. 86, 225（教学装置：532 纳⁠米、550 纳⁠米二向色镜、600 纳⁠米长通滤光片、光电二极管、40 微⁠米铜线、20 dBm、2.7⁠–⁠3.1 GHz；系综对比度 5⁠–⁠10 %；拟合线宽 6.3 兆⁠赫）](https://arxiv.org/abs/1708.00418)
25. [Levine 等（2019）：Principles and techniques of the quantum diamond microscope，Nanophotonics 8, 1945（量子金刚石显微镜；λ/(2NA)；导线天线；激光加热与散粒噪声；对比度 5 %）](https://arxiv.org/abs/1910.00061)
26. [英国地质调查局：The Earth’s magnetic field: an overview（地表 22 000⁠–⁠67 000 纳⁠特）](https://geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html)
27. [NIST CODATA 2022：玻尔磁子 µB/h（γ = gµB/h ≈ 28.03 GHz/T，按 g = 2.003 计算）](https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mubshhz)

## 数据

The table follows the arrangement the papers and reviews describe (a green laser and a switch, a microscope objective, a dichroic mirror and a long-pass filter, a camera, a microwave antenna under the diamond, a bias magnet); it is no laboratory’s plans, and its light paths are shorter than real ones. The ODMR spectra in the HUD and the laboratory are computed by this page from the spin Hamiltonian (zero-field splitting and Zeeman term only); the field map and the magnet’s place on its rod are toys, not measurements. Material presets, parts and the softbox studio of the site’s model kit are ported from AirsupHQ/machine-skill (MIT, © 2026 Air Supply Technologies Inc.).

## 许可 CC BY-NC 4.0

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## 引用这幅图版

拉普拉斯的迷你世界，图版 F42《金刚石量子磁力计》，https://world.lapla.si/zh/nvdiamond/，CC BY-NC 4.0，2026-10-24 更新。