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韓國基礎科學研究所（IBS）量子納米科學中心（QNS）和德國尤里希研究中心的國際研究團隊開發出世界上首個原子級量子傳感器，能夠檢測原子尺度的微小磁場。相關論文25日發表在《自然·納米技術》上。這一成果標志著量子技術領域的一個重要里程碑，有望對多個科學領域產生深遠影響。
原子直徑比人類發絲還要細100萬倍，要觀察和精確測量原子產生的電場、磁場等物理量極為困難。為了從單個原子中探測如此弱的場，觀察工具必須高度敏感，且尺寸需與原子相當。雖然許多量子傳感器能夠探測電場和磁場，但要在空間分辨率上達到原子尺度卻是個極大挑戰。
此次的原子級量子傳感器成功之處在于，它僅使用了單個分子。這是一種概念上不同的傳感方式，因為大多數其他傳感器的功能都依賴于晶格缺陷。這些缺陷只有在深深嵌入材料中時才會顯現其特性，因此這種能夠探測電場和磁場的缺陷通常與物體保持相當大的距離，從而限制了在單個原子尺度上進行觀測的能力。
研究團隊改變了方法，開發出一種使用單個分子來探測原子的電磁特性的工具。該分子附著在掃描隧道顯微鏡的尖端，可以將其帶到距離實際物體僅幾個原子的位置。
這項開創性工具類似核磁共振成像（MRI）的量子材料設備，為量子傳感器中的空間分辨率設立了新標準，將使科學家能夠在最基本的層面上探索和理解物質。
該傳感器空間分辨率高達0.1埃，而1埃通常對應于一個原子直徑，有望為量子材料和設備工程、新型催化劑設計以及分子系統（如生物化學）基本量子行為的研究開辟新途徑。
