原子級(jí)量子傳感器：開啟微觀世界的新篇章
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】原子的直徑極其微小，大約是人類發(fā)絲直徑的百萬分之一，因此要觀察和精確測(cè)量原子產(chǎn)生的電場和磁場極為困難。為了實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子層面的探測(cè)，所使用的觀察工具不僅需要具備極高的靈敏度，而且其尺寸也需與原子相匹配。盡管現(xiàn)有的量子傳感器已經(jīng)能夠探測(cè)到電場和磁場，但在空間分辨率上達(dá)到原子尺度仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
近日，一項(xiàng)由韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)量子納米科學(xué)中心(QNS)與德國尤里希研究中心合作完成研究，成功開發(fā)出了世界上首個(gè)原子級(jí)量子傳感器，能夠檢測(cè)到原子尺度上的微小磁場，該項(xiàng)研究標(biāo)志著量子技術(shù)領(lǐng)域的重要里程碑。
此次開發(fā)的原子級(jí)量子傳感器采用了一種創(chuàng)新的方法：利用單個(gè)分子作為傳感元件。這種方法與傳統(tǒng)依賴于晶格缺陷的傳感器不同，后者只有當(dāng)嵌入到材料內(nèi)部時(shí)才能表現(xiàn)出其獨(dú)特的性質(zhì)，這使得它們?cè)趩蝹€(gè)原子尺度上的觀測(cè)能力受到限制。
研究團(tuán)隊(duì)將單個(gè)分子固定在掃描隧道顯微鏡的尖端，并能夠?qū)⑵湟苿?dòng)至距離目標(biāo)物體僅幾個(gè)原子的距離。這種傳感器的空間分辨率達(dá)到了驚人的0.1埃(1埃通常對(duì)應(yīng)于一個(gè)原子直徑)，為量子傳感器中的空間分辨率樹立了新的標(biāo)桿。
這一開創(chuàng)性的工具類似于核磁共振成像(MRI)在量子材料設(shè)備中的應(yīng)用，它將使科學(xué)家們能夠在最基礎(chǔ)的層面上探索和理解物質(zhì)。該傳感器的應(yīng)用前景廣闊，包括但不限于量子材料和設(shè)備工程、新型催化劑的設(shè)計(jì)以及對(duì)生物化學(xué)系統(tǒng)等分子體系的基本量子行為的研究。
隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，我們有望見證量子科技領(lǐng)域的進(jìn)一步突破，并揭示微觀世界的更多秘密。相關(guān)論文25日發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。
(資料來源：科技日?qǐng)?bào))
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