氮化硼晶格中人工诱导产生的自旋缺陷(量子比特)很适合作为量子传感器，它能够测量其局部环境的不同变化。量子比特是位于六方氮化硼二维层中的硼空位，它具有角动量(自旋)。这种空位缺陷对原子级的环境非常敏感，例如与其他原子或原子层的距离。

德国维尔茨堡朱利叶斯马西米兰大学(JMU)Vladimir Dyakonov教授说：“这允许对磁场、温度甚至压力进行局部测量”。测量是使用激光完全以光学方式进行的，因此传感器不需要任何电接触。

JMU的物理学博士生Andreas Gottscholl解释说：“打开和关闭不同频率的微波，可以操纵自旋缺陷来产生不同的外部影响，例如温度、压力和磁场。”《Nature Communications》杂志最近介绍了这种基于空位缺陷的新式传感器，Gottscholl是该论文的第一作者。

基于自旋缺陷的原子传感器早已存在：它们由金刚石或碳化硅制成，适用于对温度和磁场的局部测量。Gottscholl解释说：“我们的氮化硼传感器对外部压力变化提供了额外的响应，并且超过了以前那些系统的灵敏度，尤其是在低温下的。”

维尔茨堡的一位物理学家补充道：“我们这个自旋缺陷的另一个新特征是它在二维晶格中的位置。与基于金刚石或碳化硅已建立的三维系统相比，它提供了全新的应用可能性。”

例如，氮化硼目前是封装新型2D器件(如纳米尺寸晶体管)的标准材料。在该大学的这一研究工作中，他们的研究成果已经表明，可以在广泛使用的材料中人工嵌入硼氮化物原子传感器。用这种材料研制的量子传感器设备能直接测量温度、压力和磁场的变化。

到目前为止，研究人员已经在有数百万个自旋缺陷的大型集合体上演示了传感器的功能。接下来，他们想展示单自旋缺陷的传感器。如果能取得成功，纳米尺度级的应用将是可行的。

Dyakonov教授说：“特别有趣的是只使用一个原子层氮化硼的想法，因此传感器将直接定位在所研究系统的表面上。”这将允许与环境直接交互。

为了在这些领域获得新的见解，材料研究、设备开发或生物学中的应用可能会很有趣。除了其他可能的科学实现之外，从长远来看，还可以将自旋缺陷用作商业传感器。例如，这可能会彻底改变医学成像技术，因为传感器可以将局部温度映射为图像对比度。（编译:Qtech）