新的 2D 量子传感器突破为磁场检测提供了新的机会
剑桥大学的一个物理学家团队通过演示使用六方氮化硼 （hBN） 中的自旋缺陷作为强大的室温传感器，能够在纳米尺度上检测矢量磁场，从而揭示了量子传感的一项突破。 该研究结果发表在《自然通讯》（Nature Communications）上，标志着朝着更实用和通用的量子技术迈出了重要一步。 “量子传感器使我们能够检测各种数量的纳米级变化。 在以磁力测量为例，量子传感器能够对材料中的电流和磁化等特性进行纳米级可视化，从而发现新的物理特性和功能，“Cambrdge 卡文迪许实验室这项研究的共同第一作者 Carmem Gilardoni 博士说。 “这项工作使用 hBN 将这种能力提升到一个新的水平，hBN 这种材料不仅与纳米级应用兼容，而且与最先进的纳米级量子相比，还提供了新的自由度传感器。 迄今为止，环境条件下的纳米级量子磁力测量只能利用金刚石中的氮空位 （NV） 中心缺陷进行。 虽然这些传感器是一项强大的技术，但由于其基本的光物理学而存在局限性。 特别是，NV 中心是一个单轴传感器，用于磁场检测的动态范围有限。 相比之下，剑桥团队开发的 hBN 传感器没有这些限制，而是呈现出多轴磁场传感器，动态范围大。 该团队的工作展示了这种新传感器的能力，并提供了对其传感有利特性来源的机制理解。 重要的是，该团队发现，低对称性和偶然激发态光速率是动态范围和矢量能力的原因。 hBN 是一种二维材料，类似于石墨烯，可以剥离成很少的原子层厚。 hBN 晶格中的原子级缺陷以对局部磁场条件敏感的方式吸收和发射可见光，使其成为量子传感应用的理想选择。 在这项研究中，该团队使用一种称为光学检测磁共振 （ODMR） 的技术研究了 hBN 缺陷荧光对磁场变化的响应。 通过仔细跟踪自旋响应并将其与对动力学》中，该团队可以揭示系统的潜在光速率及其与缺陷对称性的联系，以及这种组合如何产生强大且多功能的磁场传感器。 “ODMR 并不是一项新技术，但我们已经证明，使用 hBN 平台构建的探针将允许将这项技术应用于各种新情况。 这令人兴奋，因为它为磁现象和纳米材料成像打开了大门，以某种方式让我们以前不可能，“该论文的共同第一作者 Simone Eizagirre Barker 博士说。 “这种传感器可以为研究新材料系统中的磁现象打开大门，或者以比以前更高的空间分辨率，”与卡文迪许实验室的 Mete Atatüre 教授共同领导这项研究的 Hannah Stern 教授说。 “主体材料的 2D 特性也为使用该传感器提供了令人兴奋的新可能性。 例如，此技术的空间分辨率由样品和传感器之间的距离。 借助原子薄材料，我们有可能实现磁场的原子尺度空间映射。