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氮化硼是一種含有氮和硼原子的薄晶體材料。氮化硼晶格中人工產(chǎn)生的自旋缺陷適合作為傳感器。

(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位充當用于磁場測量的原子大小的量子傳感器，對磁場敏感，像一個納米“磁針”。(b)量子傳感器納米陣列的光致發(fā)光。通過分析響應微波的光致發(fā)光強度的變化，研究人員可測量每個傳感器點的磁場。

圖片來源：東京大學研究團隊

研究團隊在制作出一層薄的六角形氮化硼薄膜后，將其附著在目標金絲上，然后用高速氦離子束轟擊薄膜，這樣就彈出了硼原子，形成了100平方納米的硼空位。每個光點包含許多原子大小的空位，它們的行為就像微小的磁針。光斑距離越近，傳感器的空間分辨率就越好。

當電流流經(jīng)導線時，研究人員測量每個點的磁場，發(fā)現(xiàn)磁場的測量值與模擬值非常接近，這證明了高分辨率量子傳感器的有效性。即使在室溫下，研究人員也可檢測到傳感器在磁場存在的情況下自旋狀態(tài)的變化，從而檢測到局部磁場和電流。

此外，氮化硼納米薄膜只通過范德華力附著在物體上，這意味著量子傳感器很容易附著在不同的材料上。

高分辨率量子傳感器在量子材料和電子設(shè)備研究中具有潛在用途。例如，傳感器可幫助開發(fā)使用納米磁性材料作為存儲元件的硬盤。

原子大小的量子傳感器有助于科學家對人腦進行成像、精確定位、繪制地下環(huán)境圖、檢測構(gòu)造變化和火山噴發(fā)。此次的納米級量子傳感器也將成為半導體、磁性材料和超導體應用的“潛力股”。

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