Trong một thành tựu đột phá, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã công bố một cảm biến lượng tử được làm từ boron nitride lục giác (hBN). Cảm biến sáng tạo này hứa hẹn sẽ cách mạng hóa việc phát hiện từ trường ở quy mô nano, mở ra cánh cửa cho các khả năng hình ảnh chưa từng có. Phát hiện này, được công bố trên Nature Communications, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ lượng tử.
Cảm biến dựa trên hBN có thể phát hiện từ trường ở quy mô nano theo nhiều hướng, cung cấp dải động rộng hơn so với các cảm biến dựa trên kim cương trước đây. “Cảm biến lượng tử cho phép chúng ta phát hiện các biến thể ở quy mô nano của các đại lượng khác nhau”, Tiến sĩ Carmem Gilardoni, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, giải thích. “Công trình này đưa khả năng đó lên một tầm cao mới bằng cách sử dụng hBN, một vật liệu không chỉ tương thích với các ứng dụng quy mô nano mà còn cung cấp các mức độ tự do mới.”
Không giống như các cảm biến dựa trên kim cương, có những hạn chế trong việc phát hiện từ trường dọc theo một trục duy nhất, cảm biến hBN đã khắc phục những thách thức này. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng dải động rộng của cảm biến và khả năng phát hiện từ trường véc-tơ bắt nguồn từ tính đối xứng thấp của các khuyết tật hBN và các đặc tính quang học trạng thái kích thích thuận lợi của chúng. Sự tiến bộ này có thể dẫn đến sự hiểu biết sâu sắc hơn về các hiện tượng từ tính và vật liệu nano.
hBN, một vật liệu hai chiều tương tự như graphene, là lý tưởng cho các ứng dụng cảm biến lượng tử. Các khuyết tật ở cấp độ nguyên tử của nó hấp thụ và phát ra ánh sáng khả kiến, làm cho nó nhạy cảm với các điều kiện từ tính cục bộ. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng cộng hưởng từ từ phát hiện quang học (ODMR) để nghiên cứu phản ứng của cảm biến với từ trường. Kỹ thuật này cho phép hình ảnh các hiện tượng từ tính và vật liệu nano theo những cách trước đây là không thể.
“Cảm biến này có thể mở ra cánh cửa để nghiên cứu các hiện tượng từ tính trong các hệ vật liệu mới hoặc với độ phân giải không gian cao hơn so với trước đây”, Giáo sư Hannah Stern, người đồng dẫn đầu nghiên cứu, cho biết. Bản chất mỏng nguyên tử của hBN cũng mở ra những khả năng thú vị để lập bản đồ không gian ở cấp độ nguyên tử của từ trường, mở đường cho những khám phá đột phá trong các lĩnh vực khác nhau.