在探索量子世界的征途中，科學(xué)家們始終面臨著一個難題：如何在極端高壓環(huán)境下精準(zhǔn)捕捉量子行為？這一挑戰(zhàn)的核心在于，傳統(tǒng)傳感器在承受巨大壓力時極易失效，導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失。如今，來自圣路易斯華盛頓大學(xué)（WashU）的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新材料技術(shù)，成功突破了這一瓶頸。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種基于超硬結(jié)晶氮化硼的量子傳感器，其核心突破在于材料結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)。通過中子輻射束對氮化硼薄片進(jìn)行精準(zhǔn)處理，研究人員移除了部分硼原子，形成穩(wěn)定的原子空位。這些空位成為電子的“天然陷阱”，被捕獲的電子自旋能量對磁場、應(yīng)力等物理參數(shù)的變化高度敏感，從而構(gòu)建起一個微觀級的“量子探測器”。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該傳感器在承受超過地球大氣壓3萬倍的極端壓力時，仍能清晰捕捉二維磁體磁場的微小波動。這種性能源于氮化硼材料本身的超強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性，以及電子自旋與外界物理場的量子耦合效應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)在《自然?通訊》9月刊中詳細(xì)闡述了技術(shù)原理，指出這種傳感器為高壓量子物理研究開辟了新路徑。

目前，研究人員已將測試范圍擴(kuò)展至模擬地球核心高壓環(huán)境的巖石樣本。通過監(jiān)測電子自旋信號的變化，科學(xué)家能夠解析材料在極端條件下的量子態(tài)演化，這一能力對地質(zhì)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有重要價(jià)值。下一步，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升其在復(fù)雜物理場中的檢測精度。