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來(lái)源：科技部 量子技術(shù)為電子元件小型化開(kāi)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(fā)布消息稱(chēng)，其科研人員共同研發(fā)出一種量子傳感器，未來(lái)可用于測量微磁場(chǎng)，如硬盤(pán)磁場(chǎng)和人腦電波。 集成電路越來(lái)越復雜，目前一臺奔騰處理器可容納約3000萬(wàn)個(gè)晶體管，因而硬盤(pán)的磁性結構可識別的范圍僅為10至20納米，比直徑為80至120納米的流感病毒還小，該量級的尺寸規格只有量子物理技術(shù)可觸及。新研發(fā)的量子傳感器則可精確測量這類(lèi)用在未來(lái)硬盤(pán)上的微小磁場(chǎng)。新型量子傳感器僅有氮原子的大小，作為載體物質(zhì)的是一種人造金剛石。金剛石具有很好的機械和化學(xué)穩定性以及超強的導熱性能，可通過(guò)引入硼、磷等外來(lái)原子，將晶體制成半導體，且非常適用于光學(xué)電路。 IAF的研究人員在近幾十年中研制并優(yōu)化出用于生產(chǎn)金剛石的設備，一種專(zhuān)用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(cháng)出金剛石層，再將邊長(cháng)3-8mm的晶體從底物剝離并拋光，最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(jīng)鋯過(guò)濾器凈化，氫氣經(jīng)其它手段凈化。 研究人員制做磁場(chǎng)檢測器有兩種途徑：直接植入單個(gè)氮原子，或在制造金剛石的最后一步加入氮。之后，在超凈室內采用氧等離子體蝕刻法均可制作出類(lèi)似于原子力顯微鏡的纖細金剛石尖。關(guān)鍵點(diǎn)是導入的氮原子以及晶格中的相鄰空位。該氮空位中心就是實(shí)際的傳感器，用激光和微波照射時(shí)會(huì )發(fā)光，發(fā)出的光可隨附近磁場(chǎng)的強度變化而變化。專(zhuān)家們將這項創(chuàng )新與光學(xué)探測磁共振（ODMR）相提并論。 這種傳感器不僅能準確檢測到納米級的磁場(chǎng)，還能確定其強度，應用潛力驚人。例如，可監控硬盤(pán)質(zhì)量，檢測出密集存儲數據中的小錯誤和發(fā)現有缺陷的數據片段，在刻寫(xiě)和讀取前即將其去除。因此，可減少隨著(zhù)小型化的加速而迅速增加的廢料，降低生產(chǎn)成本。IAF的專(zhuān)家稱(chēng)，這種量子傳感器還可用于測量很多微弱磁場(chǎng)，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(wú)需經(jīng)液氮冷卻。 |
