纳米级量子传感器实现高清成像
科技日报记者 张佳欣 日本东京大学科学家最近利用六方氮化硼二维层中的纳米硼空位,首次完成了在纳米级排列量子传感器的传感精细任务,从而能够检测磁场中的器实清成极小变化,实现了高分辨率磁场成像。现高像 氮化硼是纳米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传感自旋缺陷适合作为传感器。 (a)六方氮化硼中的器实清成硼空位缺陷。空位充当用于磁场测量的现高像原子大小的量子传感器,对磁场敏感,纳米像一个纳米“磁针”。传感(b)量子传感器纳米阵列的器实清成光致发光。通过分析响应微波的现高像光致发光强度的变化,研究人员可测量每个传感器点的纳米磁场。 研究团队在制作出一层薄的传感六角形氮化硼薄膜后,将其附着在目标金丝上,器实清成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”。
图片来源:东京大学研究团队
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