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頂點(diǎn)光電子商城2023年10月10日消息：近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室制備了基于氮空位（NV）量子色心的微型光電一體化集成鉆石量子電流傳感器。
微型高精度集成鉆石量子電流傳感器是一種高度精確的電流測(cè)量裝置，它利用了鉆石材料中的量子效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量。這種傳感器通常應(yīng)用于需要極高測(cè)量精度和穩(wěn)定性的領(lǐng)域，如科學(xué)研究、精密儀器、電子制造等。以下是有關(guān)這種傳感器的關(guān)鍵特點(diǎn)和工作原理：
1. 鉆石材料：傳感器的核心是純度極高的人造鉆石材料。鉆石具有卓越的電學(xué)特性，包括高電絕緣性、高導(dǎo)熱性和高硬度。這種材料中的氮雜質(zhì)能夠形成氮-空位（NV）中心，這是實(shí)現(xiàn)量子測(cè)量的關(guān)鍵。
上海微系統(tǒng)所研制出微型高精度集成鉆石量子電流傳感器
2. 量子效應(yīng)測(cè)量： 傳感器利用NV中心的電子自旋量子態(tài)來(lái)測(cè)量電流。當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)附近的導(dǎo)線時(shí)，電子自旋態(tài)會(huì)受到電流的影響而發(fā)生變化。這種變化可以通過(guò)激光光譜學(xué)等技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，并與電流強(qiáng)度建立精確的關(guān)聯(lián)。
3. 高精度測(cè)量：由于量子效應(yīng)的使用，這種傳感器通常具有非常高的測(cè)量精度。它可以檢測(cè)到微弱的電流變化，使其非常適用于需要極高精度的應(yīng)用，如量子計(jì)算、精密儀器的校準(zhǔn)和電子元件測(cè)試。
4. 穩(wěn)定性和耐久性：鉆石是一種非常穩(wěn)定和耐久的材料，可以在廣泛的溫度和環(huán)境條件下運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)性能衰減。這使得傳感器能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作。
5. 微型集成：這種傳感器可以設(shè)計(jì)成微型化和集成化，使其適用于各種尺寸限制的應(yīng)用。它可以與其他電子元件集成在一起，以實(shí)現(xiàn)緊湊的電路板設(shè)計(jì)。
6. 應(yīng)用領(lǐng)域：高精度集成鉆石量子電流傳感器在科研實(shí)驗(yàn)室中用于量子物理研究，同時(shí)也可應(yīng)用于電子制造中，用于測(cè)試和校準(zhǔn)電子元件，以及在需要高精度電流測(cè)量的各種應(yīng)用中發(fā)揮作用。
總之，高精度集成鉆石量子電流傳感器是一種創(chuàng)新的傳感技術(shù)，具有出色的測(cè)量性能和穩(wěn)定性，適用于需要高精度電流測(cè)量的各種領(lǐng)域。
該研究發(fā)展了集成式鉆石傳感器。這一傳感器的核心元件的尺寸為毫米量級(jí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的微加工工藝實(shí)現(xiàn)。與微加工兼容的光學(xué)導(dǎo)入與熒光收集結(jié)構(gòu)的光子探測(cè)效率達(dá) 66%，在 0–400 A的測(cè)量范圍內(nèi)，最低檢測(cè)限為2 mA，并有效利用雙自旋共振調(diào)制將溫度漂移降至1.92 ppm℃-1，這提高了傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，解決了從研究到應(yīng)用受到的集成度不足的制約問(wèn)題。這一成果為當(dāng)前的量子傳感技術(shù)提供了穩(wěn)健且可擴(kuò)展的平臺(tái)，在電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用前景。
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