中科大研制新型量子传感器 有望推动多个基础科学发展
合肥在线讯（记者 王旭）3月1日，记者从中科大获悉：该校杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室提出并实现了用于搜寻类轴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，可更好地寻找标准模型外的新粒子。该成果发表在著名期刊《自然·通讯》上。
寻找粒子物理标准模型之外的新粒子对于探索新物理至关重要。在寻找新粒子诸多解决方案中，一类简单有效的理论假设是引入一类超轻质量的轴子或类轴子粒子，人们猜测这类新粒子或许在电子与核子的相互作用中扮演着新的传递媒介。近年来，科学家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。然而，在更短的力程范围内开展实验研究，面临尺寸不够小、灵敏度待提升等一系列挑战。
杜江峰团队提出并实现了一种崭新的探测方法，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。团队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，一举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。研究人员在其有效力程范围尚未发现新粒子存在的证据，为电子-核子相互作用的探索提供了新的观测约束。这一新方法为利用单自旋量子传感器来研究超出标准模型的新物理提供了可能性，有望推动宇宙学、天体物理和高能物理等多个基础科学的发展。
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