Temperature sensing with NV center in diamond

在各种物理量中，温度是最直观和最普遍的量。温度的剧烈变化通常意味着物体的物理属性出现波动，因此在各个领域中温度往往都是重要的指标。随着科学技术的发展，许多领域研究和应用的尺度越来越小。然而，在小于10微米的空间尺度内还没有有效的温度测量方法。除了空间分辨率的要求，传感器在测量过程中不应该对被测对象有巨大影响。金刚石氮-空位色心（Nitrogen Vacancy center， NV）是一种稳定的发光缺陷，通过对其能谱和电子自旋量子态的测量，可以获得附近温度、电磁场等物理量的信息。由于金刚石的化学特性稳定和热导率高，可以进行纳米尺度的非破坏性物理量测量。它对细胞无毒，也可以用于生命领域研究中。此外，根据金刚石的特性，NV 色心可以与光纤，扫描显微镜等技术结合，实现不同场景中的温度测量。本文将介绍金刚石NV 色心的温度特性、测温原理及在相关领域的应用。