科技日報記者 張佳欣
據(jù)最新一期《自然·通訊》雜志報道，美國華盛頓大學領導的研究團隊研制出一種量子傳感器，能夠在超過大氣壓3萬倍的極端條件下穩(wěn)定工作，并實現(xiàn)對材料應力和磁性的高靈敏測量。這是首個在如此高壓環(huán)境中成功運行的量子傳感器，為探索物質在極端狀態(tài)下的量子效應開辟了新途徑。
此次團隊利用中子輻射束從氮化硼薄片中擊出硼原子，在晶格中留下空位。這些空位可以立刻捕獲電子。由于量子級相互作用，電子的自旋能量會根據(jù)磁性、應力、溫度以及附近材料的其他特性而改變。通過追蹤每個電子的自旋，他們能在量子層面深入洞察被研究的材料。
此前，團隊曾經(jīng)基于鉆石缺陷開發(fā)出量子傳感器。但因為鉆石是三維結構，很難讓傳感器緊貼待研究的材料。相比之下，氮化硼薄片的厚度可以小于100納米，大約是一根頭發(fā)絲寬度的千分之一。這種傳感器本質上是嵌在二維材料里的，傳感器與被測材料之間的距離不到1納米，極大提升了信號分辨率。
在裝置設計上，鉆石依然不可或缺。團隊制作了“鉆石砧”。它由兩塊平坦的鉆石表面組成，每塊寬約400微米，大致相當于4顆塵埃顆粒的寬度。這兩個表面在高壓腔中擠壓在一起，高壓腔能產(chǎn)生超過3萬倍大氣壓的極端環(huán)境。
測試結果顯示，這種新型傳感器能夠探測到二維磁體磁場的微小變化，證明其在高壓條件下仍能保持穩(wěn)定和高靈敏度。
此外，新型傳感器還為超導研究提供了新的契機。目前已知，超導體通常需要極端低溫和高壓才能維持。近年來關于室溫超導的報道爭議不斷，團隊認為，借助這一傳感器，可以在高壓條件下收集更為準確的量子探測數(shù)據(jù)，從而為相關研究提供可靠依據(jù)。
