如果用一個(gè)原子來(lái)捕捉納米材料的高分辨率圖像聽起來(lái)像科幻小說(shuō)。

　　但這正是加州大學(xué)巴巴拉分校（UCSB）量子傳感和成像研究組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。物理學(xué)家Ania jayich實(shí)驗(yàn)室的成員歷時(shí)兩年開發(fā)出一種全新的傳感器技術(shù)，具有納米尺度的空間分辨率和精致的敏感性。他們的這一成果已刊登在《自然》科學(xué)雜志上。

　　“這是第一種該類工具。”UCSB的科學(xué)和工程講席教授，校材料研究實(shí)驗(yàn)室副主任jayich說(shuō)�！八�的工作溫度從室溫到低溫，低溫下會(huì)發(fā)生很多有趣的物理現(xiàn)象。例如，當(dāng)熱能足夠低時(shí)，電子相互作用的結(jié)果便可以觀察到，這導(dǎo)致新的物理相�，F(xiàn)在我們可以用前所未有的空間分辨率來(lái)探測(cè)這些�！�

　　在顯微鏡下，獨(dú)特的單自旋量子傳感器類似于牙刷。每個(gè)“毛”包含一個(gè)單一的、堅(jiān)實(shí)的納米金剛石晶體，其頂端具有一種特殊的缺陷，氮空位（NV）中心。在鉆石的碳晶格中，有2個(gè)相鄰的原子缺失，其中一個(gè)空位被氮原子填充，能夠感應(yīng)特定的材料特性，特別是磁性的傳感。這些傳感器在UCSB的潔凈室完成生產(chǎn)加工。

　　研究團(tuán)隊(duì)選擇了一個(gè)相對(duì)較好的超導(dǎo)材料進(jìn)行研究，該材料含有稱為渦流——磁通的局部區(qū)域的磁性機(jī)構(gòu)。研究人員能夠使用他們的儀器，對(duì)單個(gè)渦流進(jìn)行成像。

　　“我們的工具是一個(gè)量子傳感器，因?yàn)樗�依賴于神奇的量子力學(xué)，”jayich解釋。“我們把NV缺陷處于量子疊加態(tài)，它可以是一個(gè)狀態(tài)或另一個(gè)——我們不知道，然后我們讓系統(tǒng)在場(chǎng)效應(yīng)下發(fā)展并測(cè)量。這種疊加的不確定性實(shí)現(xiàn)了測(cè)量�！�

　　這樣的量子行為通常與低溫環(huán)境有關(guān)。然而，本研究組的專業(yè)量子儀器可在室溫及6開爾文（約零下450°華氏度）工作，這使得它非常靈活、獨(dú)特，能夠用于研究各種相的物質(zhì)以及相關(guān)的相變。

　　“很多其他顯微鏡工具沒(méi)有這么大范圍的工作溫度，”jayich解釋。“我們的工具的另一個(gè)亮點(diǎn)是它有出色的空間分辨率，因?yàn)樵?a href="http://m.tcmtest.cn" target="_blank" title="傳感器">傳感器包括一個(gè)單一的原子。另外，它的尺寸使得它具有非侵入性，這意味著它能最小限度的影響材料系統(tǒng)的基本物理性質(zhì)�！�

　　研究團(tuán)隊(duì)目前正在對(duì)“斯格明子”—磁旋渦狀結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)粒子—進(jìn)行成像，這對(duì)未來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和自旋電子技術(shù)具有巨大的吸引力。他們的目標(biāo)是利用儀器的納米級(jí)空間分辨率，確定引起“斯格明子”的競(jìng)爭(zhēng)相互作用的相對(duì)強(qiáng)度�！霸�子之間有很多不同的相互作用，你需要了解所有這些相互作用，之后才可以預(yù)測(cè)材料的行為�！眏ayich說(shuō)。

　　“如果你能想象到材料磁疇的大小，以及它們是如何在小尺度上進(jìn)化的，然后你能了解這些相互作用的數(shù)值和強(qiáng)度，”他補(bǔ)充說(shuō)。“在未來(lái)，這個(gè)工具將有助于理解材料相互作用的性質(zhì)和強(qiáng)度，然后帶來(lái)有趣的新物質(zhì)狀態(tài)和物質(zhì)相，這是不僅有利于基礎(chǔ)物理，對(duì)技術(shù)也很有幫助。”

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