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日期: 2025-12-29 | 來源: 加美財經 | 有0人參與評論 | 字體: 小 中 大
這正是地球上最堅硬的天然物質，鑽石能發揮作用的地方。鑽石擁有剛性的碳原子晶格結構，原子間通過強有力的化學鍵連接，因此具備抗震能力。大多數碳原子本身的核特性也讓鑽石成為量子效應發生時磁場幹擾極小的環境。
鑽石的量子特性部分源於20年前壹個偶然發現。壹顆產自西伯利亞的天然粉鑽被命名為“神奇的俄羅斯”，被切割後送往全球各地的實驗室，引發大量科學論文，研究其在室溫下維持量子態的異常能力。
盡管人們曾嘗試通過采礦找到另壹顆“神奇鑽石”但均未成功，最終科學家在實驗室中掌握了制造量子鑽石的能力。
其中壹顆實驗室鑽石位於英格蘭牛津郡哈威爾科研園區，由工業鑽石制造商Element Six運營的實驗室中。這是壹顆小巧的粉紅色立方體，尺寸小於指尖，嵌入在壹個黑色塑料傳感器中。
這顆合成鑽石內部有壹個所謂的“氮-空位中心”，即晶體中本應由兩個碳原子占據的位置，壹個被氮原子替代，另壹個則為空缺。
量子效應就發生在這個“氮-空位中心”，涉及其中的電子及其名為“量子自旋”的可變屬性。自旋狀態會因外加電磁或磁場而變化，有點像物理課上條形磁鐵因相互作用而改變方向。
“可以把氮-空位中心想象成壹個指南針；實際上這個指南針就是壹個磁力傳感器。”Element Six首席技術官丹尼爾·特維奇恩說。
氮-空位中心中電子自旋狀態的變化，會讓其發出更亮或更暗的光，從而能被探測到。這種特性使得量子鑽石特別適合探測極其微小的變化。特維奇恩表示，量子鑽石對磁場變化如此敏感，以至於可以探測到大樓外100米遠處壹輛汽車駛過。
這些量子鑽石通過在生長過程中引入氮元素進行納米工程處理，從而形成氮-空位中心。
“制造這種量子鑽石需要在壹百萬個分子中改變壹個。”特維奇恩說。
注：在制造量子鑽石的過程中，科學家需要對鑽石的結構進行極其微小、精准的改造。在鑽石晶體中每壹百萬個碳原子所構成的位置中，選擇其中壹個，將其中壹個碳原子換成氮原子，並在旁邊故意制造壹個空位（即缺少壹個原子），從而形成所謂的“氮-空位中心”（nitrogen-vacancy center）。
Element Six的公司，名取自碳在元素周期表中的第六序號，是少數處於量子傳感革命前沿的商業公司之壹。
盡管公司早在15年前就制造出第壹顆量子鑽石，但直到最近，生產工藝才足夠成熟，能夠實現可靠且相對低成本的生產（目前壹顆量子鑽石售價為幾千英鎊）。將量子鑽石嵌入電子“讀取器”的相關技術也取得了重大進展。
“到目前為止，大家關注的主要還是鑽石本身的科學。”特維奇恩說，“現在的關鍵在於，我如何把這顆鑽石放進系統，以及如何整合周圍的電子元件。”
公司每年通過銷售工業鑽石獲得約3億美元收入，這些鑽石主要用於打磨、拋光和鑽頭等領域。而公司正大力投資“技術鑽石”，包括量子鑽石以及用於激光器和半導體的鑽石，認為這將成為未來發展方向。
“我們正進入壹個合成鑽石新時代。”Element Six首席執行官希奧班·達菲表示，“我們看到巨大的發展潛力。”
不過，量子傳感是否能像實驗室中那樣在現實中發揮作用，以及這項技術何時具備商業可行性，仍有很多疑問。其他材料也能產生可測量的量子效應，例如與鑽石同屬碳元素的石墨烯，以及含硅材料。- 新聞來源於其它媒體，內容不代表本站立場！
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