自然界最有趣的部分往往是不完美。在量子物理学中尤其如此，在原子级的世界里，微小的缺陷会对粒子的行为和相互作用方式产生重大影响。

正如《自然通讯》杂志上的一篇论文所报道的那样，圣路易斯华盛顿大学艺术与科学物理学助理教授ChongZu和他的团队正在寻找新的方法来利用原本完美无瑕的晶体缺陷的量子力量。

这项工作得到了量子飞跃中心的部分支持，该中心是艺术与科学战略计划的标志性倡议，旨在将量子见解和技术应用于物理学，生物医学和生命科学，药物发现和其他影响深远的领域。

Zu的实验室正在研究氮化硼的原子缺陷，氮化硼是一种形成薄片的材料，可以被认为是二维的。氮化硼通常是不变和均匀的，但每隔一段时间，一个缺失的硼原子就会留下一个很小的空间。这些间隙可以自然发生，但Zu和他的团队-包括研究生Ruotian(Reginald)Gong-通过用氦原子轰击材料的微观薄片来加速这一过程，氦原子是随机击倒硼原子的小原子弹。

由此产生的间隙具有重要的量子势。空隙自然充满对周围环境高度敏感的电子。例如，磁场和温度的微小变化可以改变电子的自旋和能量状态。这种灵敏度使它们有可能用作量子传感器。在这项新研究中，Zu，Gong及其同事首次表明电子也会对电场的变化做出反应，从而扩大了潜在应用的范围。

由于这些特殊的传感器被困在薄而稳定的氮化硼基质中，因此理论上它们可以应用于从地质到生物的各种物质。其他类型的传感器通常在真空环境中制造，必须冷却到接近绝对零度的温度。

“你永远不能把这么冷的东西放在活细胞旁边，”祖说。然而，由氮化硼制成的传感器是室温的。

氮化硼传感器也可用于基础模拟实验，以研究粒子的量子相互作用，Zu说。他说，物理学家经常使用计算机程序来预测粒子如何相互作用，但这些系统非常复杂，即使是功率最高的计算机也只能以如此快的速度工作。

“与其试图在计算机上构建系统，不如创建你想要研究的确切系统，然后检查相互作用，”他说。

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