在量子科學領域，極端壓力環境下的物質行為研究始終是塊難啃的“硬骨頭”。由于常規傳感器難以承受高壓條件，科學家長期無法直接觀測量子態在極端壓力下的動態變化。如今，圣路易斯華盛頓大學物理團隊突破技術瓶頸，研發出全球首款能在超高壓環境下穩定工作的量子傳感器，為探索極端物理條件開辟了新路徑。
這款創新傳感器的核心材料是經過特殊處理的結晶氮化硼。研究團隊采用中子輻射技術，在氮化硼薄片中精準制造硼原子空位。這些微小空缺隨即捕獲電子，形成對環境變化高度敏感的“量子探針”。實驗數據顯示，該傳感器可在承受相當于地球大氣壓3萬倍的極端壓力下，持續監測材料的應力分布與磁場變化，精度達到現有設備的百倍以上。
其工作原理基于量子自旋效應。當材料受到壓力或磁場作用時，被捕獲的電子自旋狀態會發生微妙改變。通過精密測量這些量子態的波動，科學家能夠反推出材料的應力分布、磁場強度等關鍵參數。在二維磁體測試中，該傳感器成功捕捉到傳統設備無法檢測的磁場波動，驗證了其在微觀尺度下的超高靈敏度。
這項發表于《自然?通訊》的研究成果，標志著極端條件物理研究進入新階段。研究團隊已啟動第二階段實驗，將傳感器應用于模擬地球核心高壓環境的巖石樣本測試。這種跨學科技術不僅可能重塑材料科學的研究范式，更為深海探測、地核研究等需要極端壓力監測的領域提供了全新工具。
與傳統傳感器相比，新型量子裝置展現出三大優勢：其一，耐壓性能提升兩個數量級；其二，量子級檢測精度突破物理極限；其三，可在不破壞材料結構的前提下實現原位測量。這些特性使其成為研究高壓物理、地球內部結構等領域的理想工具，相關技術已引發能源、地質等多個行業的關注。
