超硬材料網

       隨著精密測量技術的發展，傳統的機電儀表，已從光學儀表過渡到量子儀表，傳感技術進入量子化時代。近年來，量子傳感技術作為一種新興的探測手段，已經被證實在高精度測量、量子計算等發面具有很大的應用潛力。

       近日，中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振重點實驗室的杜江峰院士、石發展教授、孔飛特任研究員等人在量子精密測量領域取得了重要進展。

       他們利用單個納米金剛石內部的氮-空位色心（Nitrogen-Vacancy center, NV center）進行量子傳感，成功克服了顆粒隨機轉動問題，實現在原位條件下探測到溶液中順磁離子的磁共振譜。該項研究成果以“In situ electron paramagnetic resonance spectroscopy using single nanodiamond sensors”為題，發表在《Nature Communications》上，引發了學界和公眾的廣泛關注。

       要了解這項技術的創新性，首先我們要了解什么是量子傳感技術。

       量子傳感技術是基于量子態的精細測量。這種技術是利用量子態的特殊性質來提高精度，實現高靈敏度探測。

       量子傳感技術可以被應用在多個領域，比如磁場探測、重力測量、慣性導航、加速度計、波浪和溫度等環境參數的測量等。

       在量子傳感技術中，NV色心的載體是納米金剛石，納米金剛石具有優異的物理化學性質，如高熱導率、低熱膨脹系數、高化學穩定性及優異的生物兼容性，因此近年來有不少研究將含有NV色心的熒光納米金剛石用作細胞內的長壽命熒光標記。由于其靈敏度高、生物兼容性好，有望利用納米金剛石中的NV色心，實現細胞內的原位磁共振探測。因此，納米金剛石在量子傳感領域具有廣泛的應用前景。

       在原位條件下探測溶液中順磁離子的磁共振譜，這項技術的難度非常大。因為順磁離子的磁共振譜會受到很多因素的影響，而中國科學技術大學的這個研究團隊，通過巧妙的實驗設計和精湛的實驗技巧，利用了納米金剛石獨特的量子特性，成功克服了這些困難，實現了在原位條件下對順磁離子磁共振譜的精確測量。

       這項技術的成功實現，為科學研究提供了新的工具和方法，這項研究成果今后有可能用于推斷氧釩離子所處的局域環境。未來通過改善微波輻射結構效率、提升納米金剛石性質等方法，將能進一步提升測量速度，并將這一方法推向實際應用。

       這項研究成果也為實際應用提供了新的可能性。例如，在生物醫學領域，可以利用這項技術來研究生物分子的結構和功能，為疾病診斷和治療提供新的思路和方法。此外，在環境監測、能源等領域，這項技術也有著廣泛的應用前景。

       中國科學技術大學的這項研究成果，不僅是對量子精密測量領域的一次重大突破，也是對納米科技和生物醫學領域的一次重要貢獻。它標志著中國在量子傳感技術領域已經邁上了一個新臺階，展現了中國科學家在前沿科學研究領域的深厚實力和創新能力。

       未來，我們期待看到更多的科研機構和企業投入到量子精密測量領域的研究和應用中來，推動量子科技的快速發展和廣泛應用。