德国科研人员研发氮原子大小的量子传感器

量子技术为电子元件小型化开辟了新的途径。近日，德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)和马普固体研究所发布消息称，其科研人员共同研发出一种量子，未来可用于测量微磁场，如硬盘磁场和人脑电波。

新研发的量子传感器则可测量这类用在未来硬盘上的微小磁场。新型量子传感器仅有氮原子的大小，作为载体物质的是一种人造金刚石。金刚石具有很好的机械和化学稳定性以及*的导热性能，可通过引入硼、磷等外来原子，将晶体制成半导体，且非常适用于光学电路。

IAF的研究人员在近几十年中研制并优化出用于生产金刚石的设备，一种的椭圆形等离子体反应堆模具。在800-900摄氏度的高温下，在金刚石底物上从导入甲烷气和氢气中可长出金刚石层，再将边长3-8mm的晶体从底物剥离并抛光，后制造出具备量子物理用途的、仅含碳原子稳定同位素C12的超纯单晶金刚石晶体。所用的甲烷气经锆净化，氢气经其它手段净化。

这种传感器不仅能准确检测到纳米级的磁场，还能确定其强度，应用潜力惊人。例如，可监控硬盘质量，检测出密集存储数据中的小错误和发现有缺陷的数据片段，在刻写和读取前即将其去除。因此，可减少随着小型化的加速而迅速增加的废料，降低生产成本。IAF的专家称，这种量子传感器还可用于测量很多微弱磁场，包括脑电波。与目前使用的脑电波传感器相比，不仅更准确，而且在室温下即可使用，无需经液氮冷却。

量子传感器是根据量子力学规律、利用量子效应设计的、用于执行对系统被测量进行变换的物理装置。美国陆jun研究实验室传感器与电子设备局物理学家Qudsia Quraishi博士指出，下一代传感系统涉及量子传感器，量子传感器基于激光冷却原子，极可能大幅提升系统性能。激光冷却原子是小型相干气体原子，可以测量重力场或磁场变化，不仅非常，而且灵敏度很高。

目前，美国陆jun正在探讨的量子传感技术领域包括：陀螺仪、磁力测定、重力梯度测量、下一代小型传感器以及原子电子技术。利用陀螺仪，可以测量物体旋转变化，因此原子陀螺仪可以用于导航和地震探测。重要的是，基于原子的导航不需要GPS信号，因此，可以在GPS拒止环境下使用。总之，量子传感技术将给美国陆jun带来诸多益处。