2026年4月20日——研究人员发现了一种通过轻微拉伸或压缩晶体来调控钻石微小缺陷量子特性的新方法。这一发现有望为新一代传感器铺平道路，使其能以前所未有的精度检测压力、温度和其他物理变化。

被称为“色心”的钻石缺陷正越来越多地应用于量子技术领域，包括超灵敏传感器和新兴量子通信系统。其中硅空位（SiV）中心因其异常稳定且明亮的光发射特性脱颖而出，成为量子器件极具前景的构建单元。

在这项新研究中，由新加坡科技设计大学（SUTD）和中国扬州大学科学家领导的国际团队，探究了当周围金刚石晶格被压缩或拉伸时这些SiV中心的响应机制。通过先进的计算建模，该团队系统研究了不同机械条件下缺陷原子结构和光学信号的演变规律。

研究结果展现出惊人的丰富行为：当金刚石受压时，缺陷保持稳定并维持原有对称性；但当拉伸超过临界阈值（约4%的膨胀率）时，缺陷会发生结构转变，打破原有对称性并形成新构型。

这种转变不仅是结构上的奇观。它直接影响缺陷与光的相互作用方式。研究人员发现，随着材料发生应变，包括发射光颜色和强度在内的关键光学特征会以平滑可预测的方式变化。

扬州大学岳云良教授表示：“这些光学变化就像内置的标尺。通过简单测量缺陷发出的光，我们就能推断材料承受的压缩或拉伸程度。”

这种行为使SiV中心作为纳米级传感器极具吸引力。由于光学响应会随形变连续变化，这些缺陷可用于以极高灵敏度监测压力或应变——甚至可能在单个纳米结构层面实现。

除光学信号外，该研究还考察了缺陷的磁学特性（这对电子自旋共振等技术很重要）。这些特性也被发现会随形变系统性变化，提供了额外传感通道，进一步增强系统的多功能性。

重要的是，该研究从微观层面揭示了这些变化的成因：当金刚石晶格膨胀或收缩时，缺陷的电子结构会发生改变，进而影响其与光和磁场的相互作用方式。这一认识有助于弥合基础量子物理与实际器件应用间的鸿沟。

研究结果表明，SiV中心可作为量子传感技术稳健且可调的平台，尤其适用于机械形变起作用的场景——如高压物理、纳米器件或先进材料系统。

SUTD助理教授、Kwan Im Thong Hood Choo Temple青年教授洪艺新指出：“通过展示机械形变如何精确控制硅空位中心的量子特性，我们为设计多功能量子传感器开辟了新途径。这项工作为实际应用中的量子缺陷工程提供了理论基础和实践指导。”

SUTD研究员方世博博士补充道：“特别令人兴奋的是响应的可预测性。该缺陷在应变下表现出高度可控的行为，这正是可靠传感技术所需要的。我们的研究为未来实验与器件集成奠定了基础。”

展望未来，该团队认为将机械控制与量子缺陷相结合，有望解锁量子器件的新功能，包括能动态响应环境的自适应传感器和混合系统。