一种基于氮空位量子色心的微型光电一体化集成钻石量子电流传感器

电动汽车、智能电网、高速列车等众多新兴工业应用的快速发展对高精度的电流传感器有了更高的要求。与传统电流传感器相比，基于量子效应的传感装置可以利用量子态操控技术来大幅提高测量的精度。这些明显的优势使得基于量子效应的电流传感器在各种应用中具有广泛的应用前景。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室成功制备了一种基于氮空位（NV）量子色心的微型光电一体化集成钻石量子电流传感器。相关研究成果于2023年9月22日以“Millimeter-Scale Temperature Self-Calibrated Diamond-Based Quantum Sensor for High-Precision Current Sensing”为题发表在当期的Advanced Quantum Technologies上。

该研究展示了一种集成式钻石传感器，其核心元件的尺寸为毫米量级，通过标准的微加工工艺实现。与微加工兼容的光学导入与荧光收集结构的光子探测效率高达66%，在0–400 A的测量范围内，最低检测限为 2 mA，并有效利用双自旋共振调制将温度漂移降至1.92 ppm/℃，大大提高了传感器的稳定性和可靠性，解决了从研究到应用一直受到集成度不足的制约问题。这项研究为当前的量子传感技术提供了一个稳健且可扩展的平台，在电动汽车、智能电网等多个关键领域有良好的应用前景。

该论文的第一作者单位和通讯单位为中国科学院上海微系统所，第一作者为博士研究生刘启慧，通讯作者为陈浩副研究员、武震宇研究员和程建功研究员。该工作得到国家重点研发计划（2021YFB3202500）、中国科学院战略性先导科技专项（XDC07030200）等项目的支持。 

审核编辑：刘清