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最近，在《科学进展》杂志上发表的一篇论文中，新南威尔士大学电气工程与电信学院副教授 Jarryd Pla 和 Scientia 教授 Andrea Morello 的团队描述了一种可以高精度测量材料自旋的方法。 全新的工程设备。

超灵敏自旋检测装置

“电子的自旋，无论是向上还是向下，都是自然界的基本属性，”副教授说。 来创建我们身体内部的图像，自旋甚至被用于构建量子计算机。”

“因此，能够检测材料内部的自旋对于一系列应用非常重要，尤其是在化学和生物学领域，它可以用来了解材料的结构和用途，让我们能够设计出更好的化学品、药物等。”

在化学、生物学、物理学和医学等研究领域，用于测量自旋的工具被称为自旋共振光谱仪。 通常，商业化生产的光谱仪需要数十亿至数万亿次自旋才能获得准确读数，但 A/Pla 教授及其同事能够测量到数千个数量级的电子自旋，这意味着新工具的灵敏度提高了约100万次。

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这是一项了不起的壮举，因为有一系列系统无法使用商业工具进行测量，例如显微样品、二维材料和自旋太少而无法生成可测量信号的高质量太阳能电池。

这一突破几乎是偶然发生的，因为该团队正在为超导量子计算机开发量子存储元件。 该存储元件的目的是将量子信息从超导电路传输到放置在电路下方的自旋集合体。

“我们注意到，虽然该设备并没有像记忆元件那样完全按照计划工作，但它在测量自旋的集合方面非常出色，”该研究的主要作者怀亚特瓦恩​​说。 设备发送微波功率，我们可以在信号离开设备之前对其进行放大。 更重要的是，这种放大可以在添加很少的噪声的情况下完成，几乎达到了量子力学设定的极限。”

虽然过去开发了其他使用超导电路的高灵敏度光谱仪，但它们需要多个组件，与磁场不兼容，并且必须使用昂贵的稀释制冷机在非常寒冷的环境中运行，其温度可低至 0.01 开尔文。

设备设计和谐振器表征。

在这项新的开发中，普拉教授说他和团队成功地将这些组件集成在一个芯片上。

“我们的新技术将光谱仪的几个重要部分组合到一个设备中，并与相对较大的磁场兼容。这很重要，因为要测量自旋光纤光谱仪结构，它们需要放置在大约 0.5 特斯拉的磁场中，这是强磁场的一万倍比地球的磁场。”

“此外，我们的设备运行温度比之前的演示高 10 倍以上，这意味着我们不需要使用稀释冰箱。”

Pla 教授表示，新南威尔士大学团队已为该技术申请了专利，以期实现潜在的商业化，但强调仍有工作要做。

“有可能将这个东西包装和商业化光纤光谱仪结构，这将允许其他研究人员将它插入他们现有的商业系统，从而使他们获得更高的灵敏度。”

“如果开发得当，这项新技术可以帮助化学家、生物学家和医学研究人员，他们目前依赖这些大型科技公司制造的工具，这些工具可以工作，但可以做得更好。”