<h3 style="margin: 0px 0px 10px; padding: 0px; font-size: 18px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #e1641f; line-height: 23px; text-align: left; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; white-space: normal;">用于量子傳感的 Spins 系列</h3> <p>&nbsp;</p> <div class="description" style="margin: 0px; padding: 0px 0px 10px; font-size: 14px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #434343; font-weight: bold; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">CQT 首席研究員 Gao Weibo 領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)在二維材料六方氮化硼中實(shí)現(xiàn)自旋極化</div> <div class="description" style="margin: 0px; padding: 0px 0px 10px; font-size: 14px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #434343; font-weight: bold; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; white-space: normal;"><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1728443843102/1728443843102.jpg" width="793" height="529" /></div> <div class="description" style="margin: 0px; padding: 0px 0px 10px; font-size: 14px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #434343; font-weight: bold; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; white-space: normal;"> <div class="padding10" style="margin: 0px; padding: 10px; font-size: 16px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">&nbsp;</div> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">一種稱為六方氮化硼 （h-BN） 的材料微小薄片可能有助于將來(lái)讀取您身體的磁信號(hào)。這是&trade;由二維 （2D） 材料制成的量子傳感器的一個(gè)潛在應(yīng)用，由 CQT 首席研究員高偉波領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，它可以被引導(dǎo)來(lái)感應(yīng)磁場(chǎng)。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">國(guó)際團(tuán)隊(duì)的進(jìn)展涉及對(duì) h-BN 2D 層缺陷處自旋的精確控制和操縱。他們的結(jié)果<a style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; text-decoration-line: none; color: #e1641f;" href="https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.266801">于 2024 年 6 月 24 日發(fā)表</a>在《<em style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; text-decoration-line: none;">物理評(píng)論快報(bào)</em>》上，并作為編輯&trade;建議突出顯示。該論文&trade;的合著者來(lái)自新加坡、中國(guó)、日本和德國(guó)。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">2D 材料在量子傳感方面很有前途，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯臃胖迷跇悠飞?。這個(gè)小距離意味著它們甚至可以對(duì)最小的磁信號(hào)敏感，并繪制它們?cè)诒砻嫔系牟町悺Ｋ鼈円埠苋菀字圃臁?lt;/p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">Weibo &trade;在南洋理工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)是該大學(xué)的物理學(xué)校長(zhǎng)&trade;講座教授，他從日本的合作者那里獲得了一大筆 h-BN。他們 &ldquo;去角質(zhì) &rdquo;&trade;晶體，使用膠帶去除僅包含單層原子的 2D 薄片。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">在 h-BN 中，通常每個(gè)硼原子都與晶格中的三個(gè)氮原子鍵合。如果缺少硼原子，晶格中的間隙稱為硼空位缺陷。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)用質(zhì)子轟擊材料來(lái)產(chǎn)生這種缺陷。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">&ldquo;我們考慮了缺陷是否類似于鉆石中的氮空位 （NV） 中心，&rdquo;該出版物的第一作者、CQT 研究員 Ru Shihao 說(shuō)。&ldquo;如果這些缺陷保持了一些我們可以控制的自旋特性，我們就可以使用這些材料進(jìn)行量子傳感。&rdquo;</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">Shihao 在從事這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，作為一名來(lái)自中國(guó)的博士生正在訪問(wèn)微博&trade;的群組。他現(xiàn)在是另一個(gè) CQT 小組的研究員。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">&nbsp;</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;"><strong style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; text-decoration-line: none;">缺陷結(jié)構(gòu)</strong></p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">金剛石中的 NV 色心具有自旋特性，這些特性已經(jīng)被用于量子傳感，但金剛石不能像 2D 材料一樣薄。這讓人們希望 2D 材料對(duì)小信號(hào)更敏感，并提供更好的空間分辨率。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">該團(tuán)隊(duì)面臨的問(wèn)題是，他們是否能夠控制和測(cè)量 h-BN 缺陷處的核自旋。這對(duì)于用于傳感的材料是必需的&trade;。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">目標(biāo)是高核自旋極化：當(dāng)材料的核自旋沿同一方向排列時(shí)，當(dāng)自旋因外部磁場(chǎng)而發(fā)生變化時(shí)，會(huì)變得更容易檢測(cè)到。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以應(yīng)用一種稱為&ldquo;基態(tài)反交叉&rdquo;（&trade; GSLAC） 的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) h-BN 中強(qiáng)大的核自旋極化水平。h-BN 中的硼空位缺陷具有帶負(fù)電的電子。h-BN 中的核自旋狀態(tài)是由于缺陷&trade;電子的自旋與周圍氮原子的核自旋之間的相互作用而產(chǎn)生的。電子必須處于相同的核自旋狀態(tài)才能實(shí)現(xiàn)高核自旋極化。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">Shihao 說(shuō)：&ldquo;這項(xiàng)工作最重要的部分是了解物理系統(tǒng)。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">使電子進(jìn)入相同的核自旋狀態(tài)很困難，因?yàn)椴煌瑺顟B(tài)之間沒(méi)有直接躍遷。GSLAC 會(huì)改變這種情況。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">GSLAC 涉及對(duì)材料施加磁場(chǎng)。隨著磁場(chǎng)的調(diào)諧，不同的基態(tài)能級(jí)混合并變得幾乎簡(jiǎn)并。這使得電子更容易從一個(gè)核自旋態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)核自旋態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)更高的核極化。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">&nbsp;</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">&nbsp;</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;"><strong style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; text-decoration-line: none;">更多時(shí)間處于基態(tài)</strong></p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">在他們的工作中，研究人員將 GSLAC 與另一種技術(shù)激發(fā)狀態(tài)級(jí)反交叉 （ESLAC） 進(jìn)行了比較。后一種方法類似于 GSLAC，不同之處在于它發(fā)生在激發(fā)能級(jí)混合時(shí)。研究人員對(duì) GSLAC 施加了約 154.6 mT 的磁場(chǎng)，對(duì) ESLAC 施加了 74.9 mT 的磁場(chǎng)。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">使用 GSLAC，研究人員分別記錄了 150 mW 和 1.5 mW 激光功率的核偏振水平約為 0.225 和 0.17。這些水平大大高于 ESLAC 達(dá)到的偏振水平，對(duì)于 150 mW 和 1.5 mW 的激光功率，ESLAC 達(dá)到的偏振水平分別為 0.0655 和 0.0343。他們所有的測(cè)量都是在室溫下進(jìn)行的。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">&ldquo;在這個(gè)系統(tǒng)中，激振態(tài)的&trade;壽命只有 1 到 2 ns，&rdquo;Shihao 說(shuō)。&ldquo;如果我們使用 GSLAC 從一個(gè)核自旋態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)核自旋態(tài)，電子就會(huì)有更多的時(shí)間。&rdquo;</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">像這樣對(duì)齊自旋將是將材料用于量子傳感的第一步，例如用于生物樣品或測(cè)量材料的性能。基于量子自旋的傳感器的高靈敏度和分辨率導(dǎo)致人們提議將它們用于生物應(yīng)用，從測(cè)量單個(gè)細(xì)胞到通過(guò)可穿戴傳感器監(jiān)測(cè)大腦活動(dòng)。</p> <p style="margin: 0px; padding: 0px 0px 20px; font-size: 12px; vertical-align: baseline; border-width: 0px; outline-width: 0px; background-color: #ffffff; text-decoration-line: none; color: #000000; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; text-align: justify; white-space: normal;">該團(tuán)隊(duì)的&trade;下一個(gè)目標(biāo)之一是使這種材料更適用于量子傳感。&ldquo;我們將努力以電子方式讀取信號(hào)?，F(xiàn)在我們用光學(xué)方式讀取它，但電子設(shè)備可以更緊湊，&ldquo;Weibo 說(shuō)。</p> </div>