氦离子轰击产生的六方氮化硼中的自旋缺陷

新加坡国立大学 (NUS) 的物理学家开发了一种方法，使用聚焦氦离子束在六方氮化硼 (hBN) 中创建缺陷阵列，该阵列可用于磁传感应用。

六方氮化硼(hBN)是一种二维(2D)材料，由排列成六方晶格结构的硼和氮原子组成。它在量子传感应用中表现出独特的特性。在六方氮化硼中发现了多种类型的缺陷，其中一种带负电的硼空位(VB – )特别令人感兴趣，因为它具有自旋特性，这使其对于量子传感应用很有价值。

在这项研究中，新加坡国立大学物理系离子束应用中心 (CIBA) 的加速器设施产生的高能氦离子束被用来照射六方氮化硼薄片，以产生 V B –光学中心。将离子束聚焦到纳米尺寸的点以及对光束进行空间扫描的能力使得能够高精度地制造光学发射器的图案化阵列。

这项工作是新加坡国立大学物理系副教授 Andrew Bettiol 领导的研究团队和 Goki Eda 副教授领导的团队合作的成果。通过研究小组进行的实验产生的VB –光学缺陷中心，在暴露于微波能量时表现出一些有趣的特性。这项研究发表在《先进光学材料》杂志上。

实验中使用了一种称为光学检测磁共振(ODMR)的光谱技术来感测微小的磁场。该技术结合了磁共振和光谱学 的原理来研究顺磁材料的特性及其与电磁辐射的相互作用。

首先，使用绿色激光激发VB-缺陷中心，使其发出波长约为810 nm的光，该波长位于电磁波谱的近红外部分。然后使用铜天线在六方氮化硼样品附近产生特定的微波频率。该微波能量将缺陷初始化为自旋态，导致缺陷发射的光强度降低。调谐微波频率直到检测到光强度下降。这种情况发生在大约 3.48 GHz 处，观察到光致发光强度出现双谷。一旦找到微波谐振频率，传感器就可以用于检测磁场。

Bettiol教授说：“通过利用六方氮化硼展现出的这种独特特性，生物系统或磁性材料中有时出现的微小磁场会改变谐振频率，从而使传感器的光发射得到恢复。VB (光学缺陷中心)的光发射提供了一种光学检测局部磁场的方法。”

Eda教授补充道：“六方氮化硼是一种多功能材料，可以很容易地集成到片上设备中。我们在六方氮化硼中高精度地产生自旋缺陷的演示是实现片上磁传感器的重要一步。”