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    在Fraunhofer IAF開發(fā)的等離子體反應器的特殊橢球體，允許進行大規(guī)模的鉆石分離。

    用于量子應用的Fraunhofer IAF生產(chǎn)的超純鉆石。

    集成電路正變得越來越復雜。這些天，奔騰處理器包含約3000萬個晶體管。在硬盤驅動器中發(fā)現(xiàn)的磁性結構，直徑只有10到20納米，比流感病毒直徑80到120納米還要小。維度正在迅速地接近量子物理領域，而弗勞恩霍夫應用固體物理研究所的研究人員已經(jīng)將自己應用于未來的量子技術挑戰(zhàn)。他們和馬克斯•普朗克固體研究所的同事們一起開發(fā)了一種量子傳感器，能夠精確測量我們在下一代硬盤中所能看到的微小磁場。傳感器本身只是略大于一個氮原子，以人造金剛石作為基底。

    金剛石除了具有相當?shù)臋C械和化學穩(wěn)定性外，還有各種各樣的優(yōu)點。例如，一個人可以植入諸如硼或磷等外來原子，從而將晶體變成半導體。金剛石也是光學電路的理想材料。但也許它最大的特點是它令人印象深刻的導熱性，而碳原子鍵的強度保證了熱量的迅速消散。

在過去的幾十年里，F(xiàn)raunhofer IAF開發(fā)了用于生產(chǎn)鉆石的優(yōu)化系統(tǒng)。大規(guī)模生產(chǎn)的過程發(fā)生在等離子體反應堆中，而弗萊堡擁有許多這種銀色裝置。等離子體被點燃以產(chǎn)生800到900攝氏度的溫度，這樣當氣體進入室內(nèi)時，鉆石層就可以在方形的基底上形成。鉆石晶體的邊緣長度在3到8毫米之間，然后用激光將其從基體中分離出來。

    準備鉆石作為磁性探測器。

    制造創(chuàng)新的量子傳感器需要一個特別純的水晶，這激發(fā)了這個過程的進一步改進。例如，為了增加超純鉆石層，為鉆石提供碳的甲烷使用鋯過濾器預過濾。最重要的是，氣體必須是同位素純的，因為只有12C——一個穩(wěn)定的碳原子的同位素——具有零核自旋，這是以后磁性傳感器的先決條件。氫氣也經(jīng)過凈化處理，在此之后，超純單晶金剛石必須準備好作為磁性探測器的角色。這里有兩種選擇:要么將一個氮原子插入極細的尖端，要么在鉆石生產(chǎn)過程的最后階段添加氮。在此之后，在研究所自己的潔凈室中使用蝕刻工藝在氧等離子體中打磨鉆石尖。最后的結果是一個極好的鉆石尖端，類似于原子力顯微鏡。整個設計的關鍵是在晶體結構中加入氮原子和相鄰的空位。

    這種結合的氮-空位中心充當了實際的傳感器，當它暴露在激光和微波時發(fā)出光。如果附近有磁鐵，它的光發(fā)射就會變化。專家稱這種電子自旋共振光譜。這種技術不僅能檢測出具有納米精度的磁場，還能確定其力，從而開啟了一系列非常廣泛的應用。例如，小的鉆石小費可以用來監(jiān)控硬盤的質量。這些數(shù)據(jù)存儲設備都是緊湊的，而且總是有微小的錯誤。量子傳感器可以識別有缺陷的數(shù)據(jù)段，這樣它們就被排除在光盤讀取和寫入過程之外。這降低了缺陷率，隨著微型化繼續(xù)快速發(fā)展，降低了生產(chǎn)成本。

    量子傳感器可以測量大腦活動。

    微型傳感器可以應用于各種各樣的場景，因為到處都有弱磁場，甚至在大腦中也有“只要電子運動，它們就會產(chǎn)生磁場，”上海自動化儀表有限公司說。所以當我們思考或感覺時，我們的大腦產(chǎn)生磁場。研究人員熱衷于將這種大腦活動定位，以確定負責某種功能或感覺的大腦區(qū)域。這可以通過使用電極測量腦波來直接完成，但結果非常不精確。磁場測量提供了更好的結果。然而，目前使用的傳感器有一個顯著的缺點，即必須用液氮冷卻。利用金剛石的極熱導率，新技術可以在室溫下進行操作，無需冷卻。在這個應用中，你不用使用細小的小塊，而是使用小的血小板，這些小的血小板聚集了多個氮-空位中心。每個中心提供一個點在圖像和一起，一個詳細的圖片。

    然而目前，我們上海自動化儀表有限公司的團隊正集中精力研究和優(yōu)化鉆石作為一種高科技材料。這一應用在量子傳感器技術是一個有希望的開始。