量子物理學(xué)的世界已經(jīng)很神秘，但當(dāng)亞原子粒子這個奇怪的領(lǐng)域受到巨大的壓力時會發(fā)生什么？事實(shí)證明，在壓力下觀察量子效應(yīng)很困難，原因很簡單：設(shè)計(jì)能夠承受極端力的傳感器具有挑戰(zhàn)性。

近日，華盛頓大學(xué)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)重大科研突破，成功開發(fā)出一種能夠承受極端壓力的量子傳感器。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然通訊》雜志。

在量子物理學(xué)領(lǐng)域，觀察壓力下的量子效應(yīng)一直是個難題，主要原因在于設(shè)計(jì)能承受極端壓力的傳感器極具挑戰(zhàn)性。而此次由華盛頓大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院物理學(xué)助理教授 Chong Zu 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，利用中子輻射束從氮化硼薄片中擊出硼原子，形成可捕獲電子的空位。由于量子級相互作用，電子自旋能量會隨附近材料的磁性、應(yīng)力、溫度等特性改變，通過追蹤電子自旋，就能深入了解被研究材料的量子特性。

此前，團(tuán)隊(duì)曾基于鉆石缺陷開發(fā)量子傳感器，但鉆石的三維結(jié)構(gòu)使得傳感器難以貼近被研究材料。相比之下，新傳感器所在的氮化硼薄片厚度小于 100 納米，約為人類頭發(fā)絲的千分之一，傳感器與被測材料間距不到 1 納米，極大提升了檢測精度。

在高壓測試環(huán)境中，研究人員使用 “鉆石砧”（由兩塊約 400 微米寬的平坦鉆石表面組成）在高壓腔中擠壓材料，產(chǎn)生超過 3 萬倍大氣壓的壓力。測試結(jié)果顯示，新傳感器能夠檢測到二維磁體磁場的細(xì)微變化，展現(xiàn)出了卓越的穩(wěn)定性和靈敏度。

這種新型量子傳感器應(yīng)用前景廣泛，可用于研究地球核心高壓環(huán)境下巖石的特性，助力理解地震等大規(guī)模地質(zhì)事件；還能推動超導(dǎo)研究，幫助收集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，解決室溫超導(dǎo)領(lǐng)域的爭議。