普渡大学的李彤仓和他的团队已经用2D材料开发了超薄量子传感器。(资料来源:普渡大学谢丽尔·皮尔斯)主要研究发现 早在2019年,在二维材料(六方氮化硼)中发现了被称为量子位元的自旋缺陷,这可以放大超薄量子传感的场。这些科学家在他们的发现中遇到了障碍,这引发了一场解决这些问题的科学竞赛。自旋量子位元在六方氮化硼中的灵敏度受到其低亮度和低磁共振信号对比度的限制。上个月,《自然物理学》(Nature Physics)发表了一篇题为《量子传感器变平》(Quantum sensors go flat)的文章,强调了这种在二维材料中通过量子位元进行传感的新方法的好处,并概述了目前的不足之处。 普渡大学的一组研究人员接受挑战,克服了他们工作中量子比特信号的缺点,开发了二维材料的超薄量子传感器。他们在《纳米快报》上的发表表明,他们已经解决了一些关键问题,并通过实验取得了更好的结果。 "我们使用了一层金色薄膜,将自旋量子位元的亮度提高了17倍,"物理学、天文学、电子与计算机工程副教授李彤仓(音)说。"金膜支持表面等离子体,可以加速光子发射,因此我们可以收集更多的光子,从而获得更多的信号。此外,我们通过优化微波波导的设计,将其磁共振信号的对比度提高了10倍。因此,我们大大提高了这些自旋缺陷检测磁场、局部温度和局部压力的灵敏度。" 资金 来自普渡大学量子科学与工程研究所、美国国防部高级研究计划局新生光物质相互作用项目和美国国防部高级研究计划局探索项目的种子拨款;国家科学基金(第1839164号)。美国能源部、科学办公室、国家量子信息科学研究中心、量子科学中心。 方法概述 该研究小组将绿色激光和微波应用于二维材料中的自旋量子位元。在绿色激光的照射下,这种材料会发出不同颜色的光子(红色和近红外)。光子发射速率与磁场、温度和压力有关。因此,这些自旋量子位的亮度会随着磁场、温度或压力的变化而变化。因此,他们能够以高灵敏度精确测量磁场。