Sensor Berlian Princeton Raih Sensitivitas 40 Kali Lipat Melalui Keterikatan Pusat NV

Para peneliti di Princeton telah mencapai kemajuan signifikan dalam sensor kuantum dengan mengembangkan sensor berbasis berlian yang menunjukkan peningkatan sensitivitas empat puluh kali lipat dibandingkan metode sebelumnya. Inovasi ini, yang dipublikasikan dalam jurnal Nature pada 26 November 2025, berfokus pada deteksi fenomena magnetik pada skala nanometer yang sebelumnya sulit diukur oleh instrumen konvensional. Teknik baru ini dinilai penting untuk memperoleh wawasan mendalam mengenai material canggih seperti superkonduktor dan grafena, yang merupakan komponen dasar teknologi masa depan.

Inti dari penemuan ini adalah pemanfaatan cacat yang direkayasa pada permukaan berlian buatan laboratorium, khususnya yang dikenal sebagai pusat nitrogen-kekosongan atau NV centers. Para ilmuwan menciptakan sensor yang sangat sensitif ini dengan menembakkan molekul nitrogen ke permukaan berlian pada kecepatan melebihi 30.000 kaki per detik, menanamkan atom nitrogen sekitar 10 nanometer terpisah. Keberhasilan ini dicapai melalui interaksi mekanika kuantum antara dua pusat NV yang ditempatkan sangat berdekatan, memanfaatkan fenomena keterikatan kuantum untuk meningkatkan kinerja sensor secara substansial.

Inisiatif penelitian ini dipimpin oleh Nathalie de Leon, seorang profesor madya di Princeton dan penulis utama, yang berfokus pada pembangunan perangkat keras kuantum menggunakan pusat warna dalam material celah pita lebar seperti NV centers di berlian. Pekerjaan teoretis awal yang mengarah pada sensor terikat ini diprakarsai oleh Jared Rovny, yang memulai kolaborasi dengan de Leon pada tahun 2020 sebagai salah satu rekan pascadoktoral perdana di Princeton Quantum Initiative. Proyek ini berakar dari eksplorasi teoretis selama pandemi COVID-19, ketika akses laboratorium terbatas, yang mendorong penyelidikan deteksi korelasi dalam derau magnetik menggunakan pusat NV.

Keunggulan utama sensor baru ini adalah kemampuannya menyaring derau melalui keterikatan kuantum, di mana elektron dari dua atom nitrogen yang terikat bertindak secara sinkron. Hal ini memungkinkan sensor untuk melakukan triangulasi tanda-tanda dalam fluktuasi yang bising, sebuah penyederhanaan besar karena metode deteksi korelasi non-terikat sebelumnya terbukti rumit secara teknis. De Leon menyatakan bahwa metode terobosan ini kini memungkinkan pengukuran tunggal yang normal, menghilangkan kerumitan yang melekat pada teknik pendeteksian korelasi sebelumnya.

Signifikansi temuan ini meluas ke bidang fisika materi terkondensasi, di mana kemampuan mengamati fenomena magnetik pada skala antara skala atom dan panjang gelombang cahaya tampak sangat penting. Philip Kim, seorang fisikawan eksperimental dari Harvard University yang tidak terlibat dalam studi tersebut, menyoroti bahwa teknik sebelumnya terbatas pada kisi-kisi atom yang dibangun dengan hati-hati, sementara metode baru ini memungkinkan para ilmuwan untuk menyelidiki material nyata secara langsung. Karya sebelumnya oleh Rovny, de Leon, dan Shimon Kolkowitz pada tahun 2022 di jurnal Science telah membahas korelasi antara pusat-pusat yang tidak terikat, yang secara teknis lebih memberatkan.

Sensor baru ini secara khusus bertujuan untuk mengukur kuantitas yang sebelumnya tidak terlihat, seperti jarak tempuh elektron melalui material sebelum terjadi tumbukan atau evolusi vorteks magnetik dalam superkonduktor. Relevansi teknologi ini sangat besar, terutama karena superkonduktor adalah komponen penting dalam peralatan pencitraan medis canggih, dan secara prospektif dapat memungkinkan jalur transmisi daya tanpa rugi-rugi serta kereta api levitasi magnetik (Maglev). Pengembangan metode pendeteksian berbasis berlian ini telah berlangsung selama sekitar lima tahun, menandai evolusi dari penelitian sebelumnya. Lompatan metodologis ini, dari deteksi korelasi yang rumit menjadi sistem pengukuran tunggal yang memanfaatkan keterikatan, membuka jalan bagi aplikasi teknologi kuantum yang lebih praktis dalam fisika materi terkondensasi.