量子傳感代表了測(cè)量技術(shù)的重大飛躍，提供了超越傳統(tǒng)方法的靈敏度和精確度。其中一個(gè)令人興奮的方向是量子磁場(chǎng)測(cè)量，它利用量子系統(tǒng)以卓越的精度測(cè)量磁場(chǎng)。最近發(fā)表在《PRX QUANTUM》的一項(xiàng)研究，在這一方向上取得了突破，為開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的量子傳感平臺(tái)奠定了基礎(chǔ)。

想象一下用激光操縱單個(gè)原子，鑷子陣列將這一科幻場(chǎng)景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這些復(fù)雜的裝置利用高度聚焦的激光束來(lái)制造被稱為光鑷的微觀陷阱，將單個(gè)原子固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。通過(guò)仔細(xì)地將這些鑷子排列成網(wǎng)格狀，科學(xué)家們可以創(chuàng)建一系列單獨(dú)的原子陷阱，每個(gè)陷阱容納一個(gè)原子。

這些孤立的原子成為磁場(chǎng)的精密傳感器，原因在于原子內(nèi)部能量狀態(tài)與外部磁場(chǎng)之間的相互作用。當(dāng)暴露在光下時(shí)，原子可以吸收光子并在這些能量狀態(tài)之間躍遷。但是，磁場(chǎng)的存在會(huì)改變能級(jí)，影響原子與光相互作用的方式。通過(guò)精確測(cè)量這種光相互作用，科學(xué)家可以推斷原子所經(jīng)歷的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。

這種技術(shù)被稱為光磁強(qiáng)計(jì)，由于量子力學(xué)的固有特性，它提供了非凡的靈敏度。而鑷子陣列方法的優(yōu)點(diǎn)還在于其可擴(kuò)展性，數(shù)百個(gè)單個(gè)原子可以被困在網(wǎng)格中，每個(gè)原子都充當(dāng)微型磁強(qiáng)計(jì)。這允許創(chuàng)建密集的傳感器網(wǎng)絡(luò)：每個(gè)原子被限制在僅0.5平方微米的區(qū)域內(nèi)，間距約為7微米，因此研究人員能夠以微米分辨率在二維空間上繪制磁場(chǎng)。

此外，該領(lǐng)域的研究人員還增加了一個(gè)可操縱的光學(xué)鑷子，這允許精確操縱網(wǎng)格中的單個(gè)原子。這使得一種強(qiáng)大的功能成為可能——單原子掃描顯微鏡。通過(guò)將原子戰(zhàn)略性地移動(dòng)穿過(guò)樣品，科學(xué)家可以創(chuàng)建具有亞微米精度的磁場(chǎng)變化高分辨率圖。這種細(xì)節(jié)水平對(duì)于理解材料和生物磁學(xué)中的復(fù)雜磁現(xiàn)象至關(guān)重要。

該技術(shù)的即時(shí)應(yīng)用之一是繪制外部施加的直流梯度磁場(chǎng)。這些場(chǎng)在各種科學(xué)學(xué)科中至關(guān)重要，并且能夠使用可擴(kuò)展的傳感器陣列以高精度繪制它們，為進(jìn)一步探索開(kāi)辟了令人興奮的途徑。(www.ws46.com)

這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了基礎(chǔ)研究。例如，量子感應(yīng)在鑷子陣列中的高靈敏度可用于檢測(cè)人腦發(fā)出的極其微弱的磁信號(hào)，為非侵入性腦成像的進(jìn)步鋪平道路。此外，它還可以通過(guò)檢測(cè)生物樣品中特定分子的磁特征來(lái)在超靈敏醫(yī)學(xué)診斷中找到應(yīng)用。

雖然該技術(shù)仍處于早期階段，但量子感應(yīng)在鑷子陣列中的發(fā)展代表了磁場(chǎng)傳感領(lǐng)域的重要飛躍。憑借其創(chuàng)建高分辨率、可擴(kuò)展傳感器網(wǎng)格的能力，該技術(shù)在揭示各種科學(xué)學(xué)科中磁性的奧秘方面具有巨大的前景。未來(lái)的研究可能會(huì)集中于進(jìn)一步提高靈敏度，并推動(dòng)這種創(chuàng)新方法的分辨率極限。隨著這些進(jìn)步的展開(kāi)，我們可以期待量子感應(yīng)在鑷子陣列中徹底改變我們對(duì)磁性的理解，并開(kāi)啟磁場(chǎng)探索的新時(shí)代。