納米級量子傳感器實(shí)現高清成像

  ICC訊 日本東京大學(xué)科學(xué)家利用六方氮化硼二維層中的硼空位，首次完成了在納米級排列量子傳感器的精細任務(wù)，從而能夠檢測磁場(chǎng)中的極小變化，實(shí)現了高分辨率磁場(chǎng)成像。

  (a)六方氮化硼中的硼空位缺陷?？瘴豢沙洚斢糜诖艌?chǎng)測量的原子大小的量子傳感器，對磁場(chǎng)敏感，就像一個(gè)納米“磁針”。(b)量子傳感器納米陣列的光致發(fā)光可反應磁場(chǎng)的變化。

  圖片來(lái)源：東京大學(xué)研究團隊

  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。

  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(zhù)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(gè)光點(diǎn)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(xiàn)時(shí)，研究人員測量每個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)，發(fā)現磁場(chǎng)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(chǎng)存在的情況下自旋狀態(tài)的變化，從而檢測到局部磁場(chǎng)和電流。

  此外，氮化硼納米薄膜只通過(guò)范德華力附著(zhù)在物體上，這意味著(zhù)量子傳感器很容易附著(zhù)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備研究中具有潛在用途。例如，傳感器可幫助開(kāi)發(fā)使用納米磁性材料作為存儲元件的硬盤(pán)。

  原子大小的量子傳感器有助于科學(xué)家對人腦進(jìn)行成像、精確定位、繪制地下環(huán)境圖、檢測構造變化和火山噴發(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”。