天津理工大學(xué)在生物量子探測領(lǐng)域取得新突破

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 陳欣然 通訊員 唐思易）量子傳感器憑借其極高的探測靈敏度，被譽(yù)為“納米世界的聽診器”。然而，傳統(tǒng)基于金剛石氮空位中心（NV center）的體系通常依賴強(qiáng)激光激發(fā)或低溫環(huán)境，在生物應(yīng)用場景中還可能引發(fā)光熱效應(yīng)等干擾，限制了其在復(fù)雜生理?xiàng)l件下的穩(wěn)定應(yīng)用。針對(duì)上述問題，天津理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)選用具有良好生物相容性的碳化硅（SiC）材料，圍繞其中的淺層雙空位色心量子比特開展研究，通過分子級(jí)烷烯（alkene）表面修飾策略，在材料表面構(gòu)筑穩(wěn)定的“鈍化保護(hù)層”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表面態(tài)的精準(zhǔn)化學(xué)調(diào)控。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然·材料》（Nature Materials）。

據(jù)介紹，該方法有效抑制了表面缺陷帶來的退相干與熒光閃爍問題，顯著提升了淺層色心的光學(xué)信號(hào)質(zhì)量與自旋穩(wěn)定性，使器件在室溫條件下仍保持優(yōu)異的量子探測性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)表面烷烴化修飾后，器件在室溫下的光穩(wěn)定性與自旋相干時(shí)間均得到顯著提升，磁場探測靈敏度達(dá)到約13nT/√Hz。該研究通過表面分子工程優(yōu)化碳化硅量子比特體系，實(shí)現(xiàn)了室溫環(huán)境下高穩(wěn)定性與生物惰性兼具的量子傳感器，為量子器件在生命科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)場景中的應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)路徑。