研究机构与人员:
东京科学研究所(Institute of Science Tokyo)的电气与电子工程系教授Mutsuko Hatano和Takayuki Iwasaki领导的研究团队,与信越化学工业株式会社(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)和日本国立先进工业科学技术研究所(AIST)合作。
研究内容:
该团队利用异质外延生长技术,解决了金刚石量子传感器基板尺寸受限的问题,开发了一种基于大尺寸基板的异质外延(111)金刚石量子传感器平台。该平台具有优先排列的氮空位(NV)中心,能够高灵敏度地监测磁场、电场、温度和压力。通过化学气相沉积(CVD)技术,团队在非金刚石基板上生长了150微米厚的自立式异质外延金刚石薄膜,并实现了20微秒的自旋相干时间(T?)。研究还引入了倾斜校正机制,提升了传感器性能,使其在无磁屏蔽条件下噪声低于20 nT/Hz^0.5,能够检测低至10 mA的电流。
应用与效果:
该技术有望用于电动汽车(EV)电池监测,提供高精度和抗干扰的电流测量能力。此外,金刚石量子传感器还具有生物相容性,可应用于医疗诊断和能源设备等领域。团队计划通过电子束辐照增加NV中心密度,提升荧光收集效率,并采用先进的量子协议延长相干时间,以进一步提高传感器的灵敏度和检测精度。
发表期刊:
Kenichi Kajiyama et al, Heteroepitaxial (111) Diamond Quantum Sensors with Preferentially Aligned Nitrogen‐Vacancy Centers for an Electric Vehicle Battery Monitor, Advanced Quantum Technologies (2025). DOI: 10.1002/qute.202400400