利用六方氮化硼中自旋量子比特对液体中顺磁性自旋进行量子传感

顺磁性离子和自由基在生物学和医学中起着重要作用，但检测这些物种需要高灵敏度且可在常温环境下工作的传感器。三维半导体中可光学寻址的自旋色心已被用于检测顺磁性自旋，因为它们对自旋磁噪声敏感。然而，由于难以在三维材料表面附近制造高质量自旋缺陷，自旋色心与目标自旋之间的距离受到限制。在此，我们展示六方氮化硼（hBN）中的自旋量子比特（一种层状范德瓦耳斯（vdW）材料）可作为用于液体中顺磁性自旋纳米级检测的有前景的传感器。我们首先在靠近 hBN 表面处制造浅自旋缺陷，其在液体中保持高对比度的光探测磁共振（ODMR）。然后我们基于自旋弛豫测量展示了对水中顺磁性离子的自旋噪声的传感。最后，我们展示顺磁性离子可降低自旋依赖荧光的对比度，从而实现通过连续波 ODMR 的高效检测。我们的结果展示了超薄 hBN 量子传感器在化学和生物应用中的潜力。