在使用光学检测磁共振（ODMR）技术测试传感器后，研究人员发现它可以在不同的持续时间内测量低至10毫安的小电流。

随着电动汽车制造商的目标是更长的行驶里程、更快的充电速度和更高的安全性，对有效的电动汽车电池管理技术的需求正在增加。目前，用于监测电动汽车电池的传感器经常受到加热和能量损失的影响，精度低，有时无法检测到电池电流的微小波动，导致能源管理效率降低。

钻石量子传感器可以克服许多这些挑战。然而，一个问题是，用于这些传感器的钻石晶体通常很小，只有几毫米宽。它们的尺寸所带来的限制 —— 源于制造更大钻石基板的困难 —— 限制了这些传感器在不同行业的应用。

为了解决这个问题，来自东京科学研究所（ISCT）的日本研究人员在非钻石基底上创造了一个大面积的氮空位（NV）中心的钻石基底。这种设置就像用于电动汽车电池的高灵敏度钻石量子传感器的完美平台。

制作实用的钻石量子传感器

研究人员采用异质外延生长技术来开发该平台。这个过程包括在不同材料的衬底上生长晶体层，允许具有不同性质的不同材料的集成。

把它想象成在不同材料的表面上铺砖，但要确保它们整齐排列。这种方法使钻石晶格内的NV中心集成成为可能。这些中心对于检测磁场的细微变化至关重要，这对监测电动汽车电池非常有用。

为了创建钻石量子传感器平台，科学家们首先选择了一种与异质外延生长兼容的非金刚石衬底。然后，通过化学气相沉积（CVD），他们在基底上沉积了钻石薄膜。这使他们能够精确控制钻石的晶体结构。

接下来，他们添加了一个150微米厚的氮空位（NV）钻石层，这使得传感器能够检测到微小的磁变化。该层的自旋相干时间（T2）为20微秒，这意味着它可以保持足够长的量子信息以进行精确测量。

最后，他们沿着钻石晶格内的特定方向排列NV中心。这导致氮缺陷浓度为百万分之八（ppm），这是量子传感器性能的关键因素。

此外，为了提高精度，研究小组增加了一个倾斜校正机制来调整钻石晶体中的小偏差。这确保了传感器的性能良好，就像传统的钻石传感器一样。具有NV中心的钻石量子传感器现在已经准备好进行测试。

检查传感器性能

研究人员在基于光纤的装置中使用一种称为光探测磁共振（ODMR）的技术来测试传感器。ODMR是一种利用光和微波测量微小磁场的技术。

它的工作原理是检测材料中的特殊缺陷，比如钻石中的NV中心，对磁场的反应。该团队在ODMR测试期间实现了高灵敏度的电流检测。钻石传感器可以在10毫秒到100秒的不同时间内测量低至10毫安的小电流。

说到电动汽车电池，它们的性能和寿命取决于对电流进出方式的精确监控。钻石量子传感器可以检测到电流的微小波动，并帮助将电池健康维持在最佳水平。

研究人员之一、ISCT工程学院教授Mutsuko Hatano说：“在将干扰降到最低的同时，准确测量电流的能力使这种传感器成为监测电动汽车电池系统的有希望的候选者，在电动汽车中，精确度和可靠性是至关重要的。”

接下来，研究小组计划找到增加钻石传感器中NV中心密度的方法，以便它们能够提供更好的性能。希望当前和未来的研究能够很快将这种有前途的量子技术大规模地集成到电动汽车中。

这项研究发表在《高级量子技术》杂志上。

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