量子物理的世界充滿神秘，而當這些亞原子粒子置身於極端壓力之下，會發生什麼呢？由聖路易斯華盛頓大學的物理學家領導的一個團隊，成功創造出可以在極端條件下生存的量子傳感器。這些設備嵌入在不可破壞的結晶氮化硼薄片內，能夠測量在超過 30,000 倍大氣壓的壓力下材料中的應力和磁性。這項研究不僅展示了量子技術的潛力，還拓展了材料科學、天文學和地質學等多個領域的應用。
這項工作的成員包括研究生、博士後研究人員及合作的教職工，其中部分研究得到了美國國家科學基金會的培訓補助，這筆資金支持了他們在哈佛大學進行為期六個月的合作研究。團隊利用中子輻射束創建傳感器，這些輻射束將氮化硼的原子打出超薄的氮化硼薄片，隨即形成的空位捕獲了電子。這些電子通過量子相互作用，根據當地的磁場、應力或溫度改變其自旋，追蹤這些自旋的變化可以揭示材料在量子層面上的特性。
之前，該團隊曾經在鑽石中建造過類似的傳感器，這些鑽石傳感器目前驅動著華盛頓大學的兩台量子鑽石顯微鏡。雖然鑽石傳感器有效，但其三維結構的限制使得這些傳感器不易靠近所研究的材料。而氮化硼薄片恰好解決了這一問題，因為它們極其薄，厚度不到 100 奈米，大約是人類頭髮的 1,000 倍薄。由於傳感器位於一種本質上是二維的材料中，傳感器與被測量材料之間的距離不足一奈米，這樣的設計極大提升了測量精度。
鑽石仍然在實驗中扮演著重要角色。研究生何光輝解釋說，為了測量高壓下的材料，需要將材料放置在不會破裂的平台上。為此，該團隊製作了小型的「鑽石砧」，這些小平面只有 400 微米寬，用於壓縮樣本。何光輝提到，「創造高壓的最簡單方法是將巨大的力量施加在小表面上。」測試證實，氮化硼傳感器可以探測到二維磁體的微妙磁場變化，團隊接下來計劃測試其他材料，包括來自地球核心等高壓環境的岩石。這些岩石在壓力下的反應將有助於人們更好地理解地震及其他大規模事件。
這些傳感器還可能對超導現象提供新的見解。已知的超導體需要高壓和極低溫度，而有關室溫超導體的爭議性聲明仍然懸而未決。研究生龔若天表示，「透過這種傳感器，我們可以收集必要的數據來結束這場辯論。」該項目強調了合作的重要性，Zu 教授指出，「這個計劃促進了大學之間的合作，現在我們擁有這些傳感器、高壓腔和鑽石砧，將會有更多探索的機會。」這項研究不僅是對量子科技的一次突破，還為未來的科學探索鋪平了道路。
