科技日報(bào)北京7月25日電 （記者張佳欣）韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）量子納米科學(xué)中心（QNS）和德國尤里希研究中心的國際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出世界上首個(gè)原子級量子傳感器，能夠檢測原子尺度的微小磁場。相關(guān)論文25日發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。這一成果標(biāo)志著量子技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑，有望對多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

原子直徑比人類發(fā)絲還要細(xì)100萬倍，要觀察和精確測量原子產(chǎn)生的電場、磁場等物理量極為困難。為了從單個(gè)原子中探測如此弱的場，觀察工具必須高度敏感，且尺寸需與原子相當(dāng)。雖然許多量子傳感器能夠探測電場和磁場，但要在空間分辨率上達(dá)到原子尺度卻是個(gè)極大挑戰(zhàn)。

此次的原子級量子傳感器成功之處在于，它僅使用了單個(gè)分子。這是一種概念上不同的傳感方式，因?yàn)榇蠖鄶?shù)其他傳感器的功能都依賴于晶格缺陷。這些缺陷只有在深深嵌入材料中時(shí)才會顯現(xiàn)其特性，因此這種能夠探測電場和磁場的缺陷通常與物體保持相當(dāng)大的距離，從而限制了在單個(gè)原子尺度上進(jìn)行觀測的能力。

研究團(tuán)隊(duì)改變了方法，開發(fā)出一種使用單個(gè)分子來探測原子的電磁特性的工具。該分子附著在掃描隧道顯微鏡的尖端，可以將其帶到距離實(shí)際物體僅幾個(gè)原子的位置。

這項(xiàng)開創(chuàng)性工具類似核磁共振成像（MRI）的量子材料設(shè)備，為量子傳感器中的空間分辨率設(shè)立了新標(biāo)準(zhǔn)，將使科學(xué)家能夠在最基本的層面上探索和理解物質(zhì)。

該傳感器空間分辨率高達(dá)0.1埃，而1埃通常對應(yīng)于一個(gè)原子直徑，有望為量子材料和設(shè)備工程、新型催化劑設(shè)計(jì)以及分子系統(tǒng)（如生物化學(xué)）基本量子行為的研究開辟新途徑。