德國科研人員研發氮原子大小的量子傳感器

量子技術為電子元件小型化開辟了新的途徑。近日，德國弗勞恩霍夫應用固體物理研究所(IAF)和馬普固體研究所發布消息稱，其科研人員共同研發出一種量子，未來可用于測量微磁場，如硬盤磁場和人腦電波。

新研發的量子傳感器則可測量這類用在未來硬盤上的微小磁場。新型量子傳感器僅有氮原子的大小，作為載體物質的是一種人造金剛石。金剛石具有很好的機械和化學穩定性以及*的導熱性能，可通過引入硼、磷等外來原子，將晶體制成半導體，且非常適用于光學電路。

IAF的研究人員在近幾十年中研制并優化出用于生產金剛石的設備，一種的橢圓形等離子體反應堆模具。在800-900攝氏度的高溫下，在金剛石底物上從導入甲烷氣和氫氣中可長出金剛石層，再將邊長3-8mm的晶體從底物剝離并拋光，后制造出具備量子物理用途的、僅含碳原子穩定同位素C12的超純單晶金剛石晶體。所用的甲烷氣經鋯凈化，氫氣經其它手段凈化。

這種傳感器不僅能準確檢測到納米級的磁場，還能確定其強度，應用潛力驚人。例如，可監控硬盤質量，檢測出密集存儲數據中的小錯誤和發現有缺陷的數據片段，在刻寫和讀取前即將其去除。因此，可減少隨著小型化的加速而迅速增加的廢料，降低生產成本。IAF的專家稱，這種量子傳感器還可用于測量很多微弱磁場，包括腦電波。與目前使用的腦電波傳感器相比，不僅更準確，而且在室溫下即可使用，無需經液氮冷卻。

量子傳感器是根據量子力學規律、利用量子效應設計的、用于執行對系統被測量進行變換的物理裝置。美國陸jun研究實驗室傳感器與電子設備局物理學家Qudsia Quraishi博士指出，下一代傳感系統涉及量子傳感器，量子傳感器基于激光冷卻原子，極可能大幅提升系統性能。激光冷卻原子是小型相干氣體原子，可以測量重力場或磁場變化，不僅非常，而且靈敏度很高。

目前，美國陸jun正在探討的量子傳感技術領域包括：陀螺儀、磁力測定、重力梯度測量、下一代小型傳感器以及原子電子技術。利用陀螺儀，可以測量物體旋轉變化，因此原子陀螺儀可以用于導航和地震探測。重要的是，基于原子的導航不需要GPS信號，因此，可以在GPS拒止環境下使用。總之，量子傳感技術將給美國陸jun帶來諸多益處。