10纳米级精度测量洞察微观世界

2024-06-17

<article><section data-type=“rtext”>在国仪量子的应用中心，进门最显眼的一台设备就是半人高的扫描NV探针显微镜。 “我们自主研发的这台扫描NV探针显微镜，利用NV色心量子探针，能够实现超高灵敏度、空间分辨率达10纳米的微观磁测量，为相关材料的深层次研究提供基础。”国仪量子传感事业部总经理许克标指着磁盘成像结果向记者介绍。 10纳米分辨率的显微镜，能洞察到怎样的微观世界？技术人员将磁盘样品送至扫描NV探针显微镜测量平台，绿色激光射入NV色心量子探针，一旁的屏幕上很快显示出动态变化的色块，这是磁盘样品表面纳米尺度的磁场分布。运用量子精密测量技术，磁盘样品表面的磁场分布“一览无余”。 量子精密测量是一种利用量子特性突破经典测量技术极限、实现更高精度物理量测量的技术，就像微观世界中的一把精密度非常高的尺子，可以测到过去看不到的现象。例如，可用于锂电池漏流检测；用于定位芯片失效点位点，帮助芯片设计和研发；用于免疫检测，可以提升肿瘤细胞的精准定量检测精度。 业内人士认为，量子精密测量技术应用前景非常广泛。它可应用于各类超高精度和复杂情况的测量场景，也被认为是量子信息技术下一个“离产业最近”的方向，或将率先实现大规模产业化应用。据有关机构预测，到2035年，全球量子精密测量市场规模将增长到39亿美元。 但量子精密测量仪器的研发并不是一帆风顺，测量精度不断攀升的背后，是量子调控技术的持续研发和产品工程化的无数次尝试。 “NV色心作为量子精密测量最前沿的技术之一，将其开发为商用仪器没有太多可参考的案例。围绕NV色心技术，我们不断尝试、反复迭代，对量子探针以及配套的控制设备进行了自主研发与集成优化，研发出一整套量子精密测量操控设备和操作系统，最终实现量子精密测量仪器的产品化与工程化。”许克标说。 在攻克产品化基础的操控技术后，测量仪器还需要稳定、可靠。在实验室的科研成果向真正能够产业落地的设备产品转化过程中，如何实现稳定量产同样是块“难啃的骨头”。 量子精密测量的核心是金刚石NV色心量子传感器的制造，包括金刚石生长、离子注入、退火、微纳加工以及装配调试等多个精密工序，任何一个环节出现偏差都可能导致产品性能下降。 “各道工序中，传感器的装配既是设备完成精密测量的基础，也是能否转化为稳定量产产品、真正实现技术向产业转化的重要环节。”许克标说，和通常意义上的装配不太一样，扫描NV探针显微镜的传感器包含大量极小尺寸的零部件，例如传感器尖端直径可小到200纳米，相当于一根头发丝的三百分之一，其安装涉及微纳加工工艺，对装配提出了极高的要求。“为了实现稳定的高性能产品制造，我们组织了专业的工程化团队，针对各个工序逐个攻克，进行了无数次的实验改进，最终完成了一整套能够保持一致性与稳定性的装配工艺，实现量子传感器的批量制造。” 持续的创新与探索使得国内量子精密测量产业不断推进。量子精密测量是正处于产业起步阶段的前沿尖端技术，多方合作也为中国精密测量的发展获得了与国际同行站在同一起跑线的机会。 “量子精密测量的发展，还需要培育一批配套企业，形成产业链，共同提高工程化水平。作为中国科学技术大学的成果转化企业，我们也希望能够投身到中国量子精密测量仪器的发展中，为我国测量产业以及更广泛的工业领域作出更多贡献。”国仪量子董事长贺羽说。</section></article>