電動汽車、智能電網(wǎng)、高速列車等新興工業(yè)應(yīng)用的快速發(fā)展，對高精度的電流傳感器提出了更高要求。與傳統(tǒng)電流傳感器相比，基于量子效應(yīng)的傳感裝置可以利用量子態(tài)操控技術(shù)來提高測量的精度。這些優(yōu)勢使得基于量子效應(yīng)的電流傳感器在各種應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。

近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室制備了基于氮空位(NV)量子色心的微型光電一體化集成鉆石量子電流傳感器。相關(guān)研究成果以Millimeter-Scale Temperature Self-Calibrated Diamond-based Quantum Sensor for High-Precision Current Sensing為題，發(fā)表在Advanced Quantum Technologies上。

該研究發(fā)展了集成式鉆石傳感器。這一傳感器的核心元件的尺寸為毫米量級，通過標(biāo)準(zhǔn)的微加工工藝實(shí)現(xiàn)。與微加工兼容的光學(xué)導(dǎo)入與熒光收集結(jié)構(gòu)的光子探測效率達(dá) 66%，在 0–400 A的測量范圍內(nèi)，最低檢測限為2 mA，并有效利用雙自旋共振調(diào)制將溫度漂移降至1.92 ppm℃-1，這提高了傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，解決了從研究到應(yīng)用受到的集成度不足的制約問題。這一成果為當(dāng)前的量子傳感技術(shù)提供了穩(wěn)健且可擴(kuò)展的平臺，在電動汽車、智能電網(wǎng)等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用前景。

研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。