东京科学大学等的研究团队成功制造出了尺寸为既往4倍的用于量子传感器的合成金刚石。该研究采用了成熟的工业技术，突破了现有生产工艺的限制。量子传感器预计可应用于检测电池充电量、脑磁图仪等多个领域。研究团队的目标是在2030年实现实际应用。
尺寸为既往4倍的量子传感器用金刚石（供图：东京科学大学）
可捕捉周围磁场的金刚石量子传感器（供图：东京科学大学）
金刚石量子传感器是用于检测电流、磁场和温度等物理量的新一代传感器。其核心材料是含有特殊晶体结构的人工合成金刚石。最常见的制造方法是采用在合成金刚石基板上使金刚石生长的称为“同质外延化学气相沉积（CVD）生长”的方法，但该方法难以制造大面积的合成金刚石，因此很难实现工业化生产。
此次研究团队采用了在其他材料制成的基板上使金刚石生长的被称为“异质外延化学气相沉积（CVD）生长”的技术。虽然该方法曾被用于制造功率半导体的金刚石基板，但由于量子传感器用钻石的晶体结构与功率半导体不同，此前并未尝试应用于量子传感器材料。
研究团队此次成功制作的合成金刚石直径达1厘米，约为既往的4倍。东京科学大学的波多野睦子教授表示，未来也有望实现2至3英寸（约5～7.5厘米）的大尺寸金刚石。该成果还有助于工业化生产。研究团队未公开用于金刚石基板的材料，以防技术外流。但团队透露，基板材料更易于实现大型化，且制造成本也较低，目标是在2030年左右实现实际应用。
量子传感器有望延长电动汽车（EV）的续航里程。车载电池如果充电超过规定容量可能会受损，因此充电量通常控制在额定容量的90%左右。若能使用高精度量子传感器精确测量充电量，电池即可充至最大容量，预计续航里程可提升约10%。
上述研究成果是东京科学大学联合产业技术综合研究所、信越化学工业等机构共同取得的，是日本文部科学省“光·量子飞跃旗舰计划（Q-LEAP）”的研究项目之一。相关研究成果已发表在国际学术期刊《Advanced Quantum Technologies》上。
原文：《日本经济新闻》、2025/2/18
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Advanced Quantum Technologies
论文：Heteroepitaxial (111) Diamond Quantum Sensors with Preferentially Aligned Nitrogen-Vacancy Centers for an Electric Vehicle Battery Monitor
DOI：10.1002/qute.202400400
