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中科大中科院量子信息重點實驗室孫方穩(wěn)研究組利用光學超分辨成像技術，突破光學衍射極限，實現(xiàn)對單個自旋態(tài)的納米量級空間分辨率測量和操控，成像精度達4.1納米，為光學衍射極限的1/86，超越2014年諾貝爾化學獎獲得者斯特凡·W·赫爾教授等人實現(xiàn)的光學衍射極限1/67的精度。
人的肉眼能分辨0.1毫米尺度的物體，再小就要借助工具才能看清。1665年，英國科學家羅伯特·虎克制造了第一臺用于科學研究的光學顯微鏡，但由于存在一道無法逾越的“墻”——光學衍射極限，光學顯微鏡也不能無止境地“放大”下去。 1873年，德國科學家阿貝提出衍射極限理論。根據(jù)此理論，光學顯微鏡分辨率極限只能達到300納米左右。
由中科大校友、哈佛大學教授莊小威等科學家發(fā)明的超分辨成像技術，成像精度達到幾十個納米，把傳統(tǒng)成像分辨率提高了10倍到20倍，好比一個近視眼的人突然戴上了合適的眼鏡，成為研究細胞結構和物理測量的利器。實驗中，中科大孫方穩(wěn)研究組利用50毫瓦泵浦激光，完成了對氮-空位色心的高分辨成像，精度達4.1納米。此外，基于該電荷態(tài)耗散成像技術和微波調(diào)控技術，他們還實現(xiàn)了高空間分辨率的自旋量子態(tài)的操作和測量，演示了高分辨率的磁場測量。這一成像技術原理與斯特凡·W·赫爾教授發(fā)明的受激發(fā)射耗散成像技術類似。
研究成果1月2日發(fā)表在《自然》子刊《光：科學與應用》上。這一技術不僅可用于納米尺度的高精度電磁場測量，今后還可能在量子信息技術、生命科學研究等領域得到廣泛應用。
