原创氮化硼量子传感器实现3万倍大气压下应力与磁力测量_电池知识

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2025-09-18 05:03:51

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华盛顿大学物理学家研发出能在极端压力下工作的氮化硼量子传感器，为量子技术、材料科学乃至天文学和地质学领域带来突破性工具。

量子物理世界充满未知 —— 当亚原子粒子承受巨大压力时会发生什么？圣路易斯华盛顿大学的物理学家团队给出了创新答案。他们开发的量子传感器被封装在坚不可摧的氮化硼晶体薄片中，可测量超过大气压3万倍极端压力下材料的应力和磁学特性。

"我们是全球首个开发出此类高压传感器的团队，"文理学院物理学助理教授、量子飞跃中心成员丛聪表示，"这项技术将在量子技术、材料科学、天文学和地质学等领域产生广泛应用。"

科研团队通过中子辐射束轰击超薄氮化硼片，使硼原子脱离晶格形成空位。这些空位会捕获电子，通过量子相互作用使电子自旋随周围环境的磁场、应力或温度变化而发生改变。追踪自旋变化即可揭示量子层面的材料特性。

该团队此前曾在金刚石中制造类似传感器，但二维氮化硼材料展现出独特优势：其厚度不足100纳米，仅为发丝直径的千分之一，使传感器与被测材料的距离缩短至纳米级别，极大提升了测量精度。

金刚石在实验中仍扮演关键角色。研究生何光辉解释："测量高压下的材料需要不可摧毁的承载平台。"团队制备出仅400微米宽的金刚石压砧，通过微小表面施加巨大压力产生高压环境。

实验证实，该传感器能检测二维磁体磁场的细微变化。团队下一步计划测试地核等高压环境中的岩石样本，"测量岩石对压力的响应有助于理解地震等宏观现象"，丛聪表示。该技术还可用于超导研究，为解决室温超导争议提供关键数据。

该项目获得美国国家科学基金会资助，包括在哈佛大学开展的六个月合作研究。合作论文第一作者之一、研究生巩偌天表示："这种传感器将为我们终结科学争论提供决定性数据。"

研究成果已发表在《自然-通讯》期刊。

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