電動汽車、智能電網(wǎng)、高速列車等新興工業(yè)應用的快速發(fā)展，對高精度的電流傳感器提出了更高要求。與傳統(tǒng)電流傳感器相比，基于量子效應的傳感裝置可以利用量子態(tài)操控技術(shù)來提高測量的精度。這些優(yōu)勢使得基于量子效應的電流傳感器在各種應用中具有廣泛的應用前景。

近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)國家重點實驗室制備了基于氮空位(NV)量子色心的微型光電一體化集成鉆石量子電流傳感器。相關(guān)研究成果以Millimeter-Scale Temperature Self-Calibrated Diamond-based Quantum Sensor for High-Precision Current Sensing為題，發(fā)表在Advanced Quantum Technologies上。

該研究發(fā)展了集成式鉆石傳感器。這一傳感器的核心元件的尺寸為毫米量級，通過標準的微加工工藝實現(xiàn)。與微加工兼容的光學導入與熒光收集結(jié)構(gòu)的光子探測效率達 66%，在 0–400 A的測量范圍內(nèi)，最低檢測限為2 mA，并有效利用雙自旋共振調(diào)制將溫度漂移降至1.92 ppm℃-1，這提高了傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，解決了從研究到應用受到的集成度不足的制約問題。這一成果為當前的量子傳感技術(shù)提供了穩(wěn)健且可擴展的平臺，在電動汽車、智能電網(wǎng)等多個關(guān)鍵領(lǐng)域擁有良好的應用前景。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。