作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2023/6/16 8:03:51
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纳米级量子传感器实现高清成像

 

日本东京大学科学家最近利用六方氮化硼二维层中的硼空位,首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务,从而能够检测磁场中的极小变化,实现了高分辨率磁场成像。

氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。

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(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器,对磁场敏感,像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光。通过分析响应微波的光致发光强度的变化,研究人员可测量每个传感器点的磁场。图片来源:东京大学研究团队

研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后,将其附着在目标金丝上,然后用高速氦离子束轰击薄膜,这样就弹出了硼原子,形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位,它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近,传感器的空间分辨率就越好。

当电流流经导线时,研究人员测量每个点的磁场,发现磁场的测量值与模拟值非常接近,这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下,研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化,从而检测到局部磁场和电流。

此外,氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上,这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。

高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如,传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。

原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。

 
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