2026年2月11日——慕尼黑工业大学与慕尼黑量子科学技术中心（MCQST）的研究人员展示了一类基于氮化硼纳米管（BNNTs）中自旋缺陷的新型量子传感器，这是实现室温下化学与磁传感的重要突破。通过结合氮化硼纳米管的独特几何结构与其缺陷的光学及自旋特性，该团队构建了适用于液体环境的高表面积量子传感平台。相关成果已发表于《自然·通讯》。

固态材料中的光学活性自旋缺陷是原子尺度的不完美结构，其承载的电子自旋可作为局域可控量子比特，同时提供便捷的自旋-光子界面实现自旋态光学读取。这类系统已成为室温量子传感的理想平台，其中金刚石氮空位中心长期被视为基准体系。

将自旋量子传感拓展至新型材料平台，对实现创新传感构型、提升分析物接触效率及构建可扩展架构至关重要。

近年来，六方氮化硼等范德瓦尔斯材料作为光学活性自旋缺陷载体日益受到关注。但平面二维系统固有地限制了表面可及性与相互作用体积，制约了其在化学生物环境中的应用。

纳米管量子传感平台

在新研究中，由慕尼黑工业大学Dominik Bucher量子传感小组的Roberto Rizzato带领的团队，首次提出氮化硼纳米管这一革命性量子传感架构。BNNTs兼具氮化硼优异的光学自旋特性与中空圆柱几何结构，提供超大可接触表面积。关键突破在于：BNNTs中的自旋缺陷展现出各向同性的1/2自旋磁响应，使得量子操控不受纳米管相对于外磁场取向的影响。这一特性允许使用随机取向的纳米管集群，构建适合液体与复杂化学环境相互作用的网状传感器结构。

延长相干时间实现传感

为释放这些自旋缺陷的传感潜力，该团队采用动态解耦序列等先进自旋控制技术，将自旋相干时间延长超两个数量级，实现高光谱分辨率射频信号检测。研究人员还演示了溶液中微摩尔浓度顺磁离子的灵敏检测，检测灵敏度较已报道氮化硼平台提升近三个数量级。

应用前景展望

氮化硼纳米管自旋缺陷可突破现有固态量子传感器的应用局限：作为液体或动态无序环境中的纳米级量子传感器，服务于化学、生物及能源技术领域；与纳米流体、纳米孔技术实现融合；宏观尺度上，BNNT网状传感器有望实现水质污染物实时监测；其超大表面积特性更使其成为室温核自旋超极化理想载体，为紧凑型可扩展量子增强NMR技术开辟道路。Roberto Rizzato近期获得欧盟ERC整合者基金，将重点开发该技术在超极化与纳米磁共振领域的应用。