2026年10月9日——来自东京大学、格拉斯哥大学、谢菲尔德大学和神户大学研究人员组成的团队，首次利用光读出被捕获在一种被称为金属有机框架（MOF）的多孔晶体材料内部的电子磁自旋。 

该团队的工作建立在先前对一种利用光检测电子自旋的方法——光学检测磁共振（ODMR）——的研究基础之上。该技术作为一种读出量子传感中自旋量子比特的有用方法而受到关注。 

这一进展标志着朝着利用MOFs在未来传感设备中以极高灵敏度检测化学物质迈出了重要一步；MOFs一直被视为量子传感应用中有前景的材料。

来自数学与物理科学学院的Jenny Clark教授和博士生Thomas Bradbury先生牵头了谢菲尔德大学对该研究的贡献。来自东京大学、格拉斯哥大学、埼玉大学、JEOL Ltd.、分子科学研究所和神户大学的同事也合作推动了这些新成果的取得。 

“以这种方式连接量子物理与合成化学，让我们对电子自旋获得了全新层次的控制。利用光读出MOF孔道内部的自旋行为，为量子传感开辟了难以置信的机会，而看到这项能力接下来将把我们带向何方，将非常令人着迷。” Jenny Clark教授

与依赖微波检测的电子自旋共振（ESR）相比，可由光检测的电子自旋能够以更高的灵敏度和空间分辨率被检测到。这使它们非常适合量子传感，并且近年来一直是密集研究的对象。 

金刚石氮-空位中心是光学可检测电子自旋的一个研究较为深入的例子。然而，由于它们利用的是晶体内部缺陷中存在的自旋，因此其可控性以及它们与外部物质的相互作用存在局限。 

相比之下，源自分子的自旋在化学上可控——其结构可以设计，其自旋性质可以调节。金属有机框架则更进一步，在一个多孔材料内控制电子自旋的位置和取向。 

由于它们是多孔的，目标化学物质可被吸附在孔道内，并通过与自旋产生近距离相互作用而被检测到。鉴于这些优势，MOFs一直被视为量子传感领域有前景的材料；然而，在本研究之前，MOFs内部自旋的光学检测尚未得到证实。

由于MOFs是可通过改变配体和晶体结构以多种方式设计的材料，该团队表示，他们的演示可以扩展到许多相关材料。这样一个MOFs库，其中每种MOF对特定化学物质作出不同响应，可以充当“量子鼻子”，根据其响应模式识别物质。