5月19日，物理学权威学术期刊《物理评论快报》（Physics Review Letters）正式刊发物理学院蔡建明教授团队关于基于金刚石的量子传感与量子精密测量的最新成果《基于金刚石中量子自旋的单分子自由基对反应检测》（Scheme for detection of single-molecule radical pair reaction using spin in diamond）。蔡建明教授为通讯作者，团队刘海滨博士后为第一作者，物理学院兼职教授德国乌尔姆大学Martin B. Plenio教授参与了该工作。

近年来，人们对微观尺度的精密测量日益重视，由此带动了以量子力学基本原理为基础的量子精密测量技术的快速发展，这其中极具代表性的就是基于金刚石中量子自旋的传感技术。借助于金刚石中量子自旋的优良性质，这项技术已经成功用于微观尺度上磁场、电场、单自旋、温度等的精密探测。同时，因其化学惰性及生物相容性，金刚石中量子自旋传感在生物、医学方面也具有广阔的应用前景。

自由基对反应是自旋化学研究的一个重要方面，在生物学过程中也扮演着重要的角色。当前通用检测方式只能适用于宏观样品（包含数十亿个分子）的研究，并且仅能得到宏观样品的平均性质，无法观测到微观层面单分子反应的独特信息。蔡建明教授研究团队提出利用金刚石中量子自旋作为量子探针，在常温常压下可以实现单分子的带电自由基对电荷重结合速率的探测。研究结果显示，该探针的探测灵敏度甚至可以分辨出地磁场方向对自由基对反应速率的影响。

该成果有望为在单分子水平上检测自由基及相关的动力学过程提供重要的方法。例如细胞中涉及自由基的重要生理过程，包括光合作用、生物磁感知和机体疾病等。此外，对于化学中涉及电子转移的化学合成、聚合反应等研究也将有重要的推动作用。目前，蔡建明教授领导的量子物理与量子技术实验室正在积极攻关，推进这一技术在实验上的实现及应用。

该研究得到国家自然科学基金面上项目、基金委重大研究计划等项目的资助。论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.200402