物理学家宣布了量子传感领域的突破性进展，他们通过实验证明二维材料可作为新一代纳米级矢量磁力测量的多功能平台。
"量子传感器使我们能够探测各种物理量的纳米级变化。在磁力测量方面，量子传感器能实现材料中电流和磁化等特性的纳米级可视化，从而引领新物理现象和功能的发现，"该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）将该能力提升至新水平——这种材料不仅兼容纳米级应用，与最先进的纳米级量子传感器相比，还提供了新的自由度。"
迄今为止，在常温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。尽管这是项强大技术，但这些传感器因其基本的光物理特性存在局限性。尤其是NV中心属于单轴传感器，磁场探测的动态范围有限。相比之下，剑桥团队研发的hBN传感器则不受这些限制，反而呈现出具有大动态范围的多轴磁场传感器。
团队的研究展示了这种新型传感器的性能，并对其优越传感特性的成因提供了机制层面的理解。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造就了其动态范围与矢量探测能力。
hBN是一种类似石墨烯的二维材料，可被剥离至仅几个原子层厚度。其晶格中的原子级缺陷能以对局域磁场敏感的方式吸收和发射可见光，这使其成为量子传感应用的理想候选材料。
在本研究中，团队采用光探测磁共振（ODMR）技术，探究了hBN缺陷荧光对环境磁场变化的响应。通过精准确踪自旋响应，并结合光子发射动力学的详细分析，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，并阐明这种组合如何造就出稳健且多功能的磁场传感器。
"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能应用于各种新场景。这令人振奋，因为它开启了前所未有的磁现象与纳米材料成像途径，"论文共同第一作者西蒙娜·埃扎吉尔·巴克博士解释道。
"该传感器可能为研究新材料体系中的磁现象开辟道路，或实现比以往更高的空间分辨率，"与梅特·阿塔雷教授共同领导这项研究的汉娜·斯特恩教授强调。"主体材料的二维特性也为此传感器带来了激动人心的新应用可能。例如，该技术的空间分辨率由样品与传感器间距决定。借助原子级薄材料，我们有望实现磁场的原子级空间测绘。"