中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，東京工業(yè)大學(xué)關(guān)口直太特任副教授、巖崎孝之副教授、波多野睦子教授等聯(lián)合研究團隊稱(chēng)，利用金剛石中的氮-空位中心開(kāi)發(fā)出了金剛石量子傳感器，在低頻磁場(chǎng)下成功實(shí)現了9.4pT/√Hz的高靈敏度檢測。該團隊表示該技術(shù)有望應用于不需要磁屏蔽和冷卻劑等大型高成本設備的腦磁測量上。未來(lái)，這一技術(shù)有望應用于針對腦活動(dòng)的常規檢查等腦機接口上。相關(guān)研究成果以發(fā)表于Physical Review Applied期刊。
圖1 過(guò)去的金剛石量子傳感器性能以及為了測量腦磁場(chǎng)所需要的性能（供圖：東京工業(yè)大學(xué)） 金剛石在量子傳感領(lǐng)域備受青睞 目前，金剛石量子傳感器也成了國際量子競爭前沿領(lǐng)域之一。美國、英國、歐盟等西方國家均將NV中心量子調控與量子傳感器應用作為重點(diǎn)支持方向。 長(cháng)期以來(lái)，金剛石憑借其相干氮-空位（NV）中心、可調節自旋、磁場(chǎng)敏感性以及在室溫下工作的能力，一直在量子傳感領(lǐng)域備受青睞。這是由于金剛石本身具有極高的化學(xué)穩定性和物理耐用性，是世界上硬度最高導熱性最好的材料，這也使得金剛石量子傳感器非常適合于惡劣環(huán)境長(cháng)期應用。 在常溫下，金剛石量子傳感器即使在強磁場(chǎng)中也能進(jìn)行高靈敏度的測量，因此有望應用于不需要磁屏蔽和冷卻劑等大型高成本設備的腦磁測量上。 去年11月，日本東京工業(yè)大學(xué)團隊研發(fā)的金剛石量子傳感器可將電動(dòng)汽車(chē)的續航里程增加約10%，該團隊表示，該技術(shù)可精確測量?jì)Υ娴碾娏?，從而最大限度地提高?chē)載電池的性能，他們的目標是最早在2030年將這項技術(shù)投入實(shí)際應用。 東京工業(yè)大學(xué)教授波多野睦子曾表示，最大的成本因素是金剛石。用于制造量子傳感器的金剛石是人工合成的，這與從礦山開(kāi)采、用于珠寶首飾的天然鉆石不同。使用廉價(jià)線(xiàn)路板，采用從沼氣中提煉金剛石的量產(chǎn)方法，可大幅降低制造成本。 實(shí)現全球最高靈敏度的低頻磁場(chǎng)測量 如今，該團隊在金剛石量子傳感器方向再次創(chuàng )新。 此次，研究團隊開(kāi)發(fā)出了一種在設計上更便于接近測量對象的金剛石量子傳感器，通過(guò)合成決定磁場(chǎng)靈敏度的自旋相位弛豫時(shí)間長(cháng)的高品質(zhì)金剛石，并將噪聲降低到量子力學(xué)的極限而實(shí)現的。 這種單體金剛石量子傳感器在無(wú)需使用磁通量集中器的情況下，能夠在低頻區域實(shí)現最高的靈敏度。同時(shí)保持優(yōu)越的穩定性，能以高靈敏度持續運行至少200分鐘。 關(guān)口特任副教授表示：“能夠實(shí)現金剛石量子傳感器的高靈敏度化，是邁向常規腦磁測量等應用的重要一步。在今后的研究中，我們將會(huì )進(jìn)一步探索提高靈敏度和實(shí)用化的方法。也計劃將開(kāi)發(fā)的傳感器應用于動(dòng)物研究，以驗證金剛石量子傳感器在腦磁測量中的效果?！绷硗?，東京大學(xué)、日本國立物質(zhì)材料研究所（NIMS）電子與光學(xué)功能材料研究中心、量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機構（QST）高崎量子應用研究所量子機能創(chuàng )制研究中心、以及文部科學(xué)省共同參與了研究。 文章鏈接：DOI：10.1103/PhysRevApplied.21.064010
