新型二维量子传感器的突破性进展为探测磁场提供了全新机遇

"量子传感器使我们能够探测各种物理量的纳米级变化。在磁力测量领域，量子传感器实现了对材料中电流和磁化强度等特性的纳米级可视化，从而催生新物理现象和功能的发现，"本研究的共同第一作者、剑桥大学卡文迪许实验室的卡门·吉拉尔多尼博士表示。"这项工作利用六方氮化硼（hBN）将该能力提升至全新水平——这种材料不仅兼容纳米级应用，相较于最先进的纳米级量子传感器还提供了新的自由度。"

迄今为止，在环境条件下实现纳米级量子磁力测量只能依靠金刚石中的氮空位（NV）中心缺陷。尽管该技术性能强大，但其固有的光物理特性导致了诸多局限。尤其值得注意的是，NV中心作为单轴传感器，其磁场检测的动态范围有限。相比之下，剑桥团队研发的hBN传感器突破了这些限制，实现了具有大动态范围的多轴磁场传感。

该团队的研究不仅展示了这种新型传感器的能力，同时揭示了其优越传感特性的物理成因。重要的是，团队发现低对称性和偶然的激发态光学速率共同决定了传感器的动态范围与矢量探测能力。

hBN是与石墨烯类似的二维材料，可剥离至仅几个原子层的厚度。其晶格中的原子级缺陷能以对局部磁场敏感的方式吸收并发射可见光，这使其成为量子传感应用的理想候选材料。

本研究采用光学检测磁共振（ODMR）技术，系统探究了hBN缺陷荧光对磁场变化的响应。通过精确定量自旋响应，并结合光子发射动力学的深度剖析，团队揭示了该系统的本征光学速率及其与缺陷对称性的关联，进而阐明这种协同效应如何促成高性能多功能磁场传感器的形成。

"ODMR并非新技术——但我们的研究表明，基于hBN平台构建的探针将使该技术适用于多种全新场景，"论文共同第一作者西蒙娜·埃扎吉尔·巴克博士强调。"这令人振奋，因为它为我们开启了前所未有的磁现象和纳米材料成像可能性。"

"这种传感器将为研究新物质体系中的磁现象开辟道路，或实现前所未有的空间分辨率，"与梅特·阿塔雷教授共同领导该研究的汉娜·斯特恩教授指出。"宿主材料的二维特性还为传感器应用创造了激动人心的新机遇。例如，该技术的空间分辨率取决于样品与传感器间距。采用原子级厚度材料后，我们有望实现原子尺度的磁场空间图谱绘制。"