世界上第一个原子级量子传感器问世界

科技日报记者 张佳欣

韩国基础科学研究所(IBS)量子纳米科学中心（QNS）世界上第一个原子级量子传感器是由德国尤里希研究中心的国际研究团队开发的，能检测到原子尺寸的微小磁场。《自然·纳米技术》25日发表了相关论文。相关论文于25日在《自然纳米技术》上发表。这一成就标志着量子技术领域的一个重要里程碑，有望对许多科学领域产生深远的影响。

该研究将分子附着在扫描隧道显微镜的尖端，实现了前所未有的灵敏度和空间分辨率。

图片来源：美国科学促进会网站

与人类发丝相比，原子直径要细100万倍，对原子产生的电场、磁场等物理量进行观察和准确测量是极其困难的。观察工具必须高度敏感，并且尺寸与原子相当，以便从单个原子中探测出如此弱的场地。尽管很多量子传感器都能探测到电场和磁场，但是在空间分辨率上达到原子尺度却是一个很大的挑战。

这一次，原子级量子传感器的成功之处在于，它只使用单个分子。由于大多数其它传感器的功能都依赖于晶格缺陷，因此在概念上有不同的传感方法。这些缺陷只有在材料深度嵌入时才会显示出来。因此，这种能够探测电场和磁场的缺陷通常与物体保持相当大的距离，从而限制了观察单个原子尺度的能力。

研究小组改变了方法，开发了一种利用单个分子探测原子电磁特性的工具。该分子附着在扫描隧道显微镜的尖端，可将其带到离实际物体只有几个原子的位置。

这个开创性工具类似于核磁共振成像（MRI）量子材料设备，为量子传感器中的空间分辨率设定了新的标准，将使科学家能够在最基本的层面上探索和理解物质。

传感器的空间分辨率高达0.1埃，而1埃通常对应于一个原子直径，有望为研究分子系统(如生物化学)基本量子行为开辟新的途径，包括量子材料和设备工程、新的催化剂设计和新的量子行为。