我国成功研制单自旋量子传感器 用于搜寻“类轴子粒子”

据新华社合肥2月25日电（记者徐海涛）寻找粒子物理标准模型之外的新粒子，对物理新探索非常重要。记者从中国科学技术大学获悉，该校杜江峰院士团队近期成功研制出用于搜寻 “类轴子粒子”的单电子自旋量子传感器，将搜寻的力程拓展到亚微米尺度。国际权威学术期刊《自然·通讯》日前发表了该成果。

新粒子的发现，可用于填补当前粒子物理学、天体物理和宇宙学等方面的理论缺陷，例如粒子质量等级问题、强CP疑难、正反物质不对称性以及暗物质和暗能量的物理本质。

近年来，国际学界发展了一系列精巧的实验装置，在20微米以上的力程范围内开展了电子与核子相互作用的搜寻。但要在更短的力程范围内开展实验研究，则面临一系列挑战：如何构筑一个尺寸足够小的传感器？如何设计传感器的几何形状从而允许电子和核子充分接近？如何提升传感器的灵敏度，从而给出有意义的限定？如何有效隔离好环境噪声，尤其是不可避免的电磁噪声？

近期，杜江峰领导的中科院微观磁共振重点实验室团队与中科大天文学系、国家同步辐射实验室科研人员合作，提出并实现了一种全新的探测方法，即将金刚石近表面NV色心的电子自旋，用作传感器来搜寻小于20微米范围的电子与核子相互作用。他们制备了离金刚石表面10纳米以内的NV色心作为探测器，开发了相应的电子学设备和量子控制方法，解决了上述制约短力程探索的系列难题。实验表明，新传感器可以探索的力程范围是0.1微米到23微米，为电子—核子相互作用的探索提供了新的观测约束。

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