東京科學大學等的研究團隊成功製造出了尺寸為既往4倍的用於量子傳感器的合成金剛石。該研究採用了成熟的工業技術，突破了現有生產工藝的限制。量子傳感器預計可應用於檢測電池充電量、腦磁圖儀等多個領域。研究團隊的目標是在2030年實現實際應用。
尺寸為既往4倍的量子傳感器用金剛石（供圖：東京科學大學）
可捕捉周圍磁場的金剛石量子傳感器（供圖：東京科學大學）
金剛石量子傳感器是用於檢測電流、磁場和溫度等物理量的新一代傳感器。其核心材料是含有特殊晶體結構的人工合成金剛石。最常見的製造方法是採用在合成金剛石基底層上使金剛石生長的稱為「同質磊晶術化學氣相沉積（CVD）生長」的方法，但該方法難以製造大面積的合成金剛石，因此很難實現工業化生產。
此次研究團隊採用了在其他材料製成的基底層上使金剛石生長的被稱為「異質磊晶術化學氣相沉積（CVD）生長」的技術。雖然該方法曾被用於製造功率半導體的金剛石基底層，但由於量子傳感器用鑽石的晶體結構與功率半導體不同，此前並未嘗試應用於量子傳感器材料。
研究團隊此次成功製作的合成金剛石直徑達1釐米，約為既往的4倍。東京科學大學的波多野睦子教授表示，未來也有望實現2至3英吋（約5～7.5釐米）的大尺寸金剛石。該成果還有助於工業化生產。研究團隊未公開用於金剛石基底層的材料，以防技術外流。但團隊透露，基底層材料更易於實現大型化，且製造成本也較低，目標是在2030年左右實現實際應用。
量子傳感器有望延長電動汽車（EV）的續航里程。車載電池如果充電超通過規定容量可能會受損，因此充電量通常控制在額定容量的90%左右。若能使用高精度量子傳感器精確測量充電量，電池即可充至最大容量，預計續航里程可提升約10%。
上述研究成果是東京科學大學聯合產業技術綜合研究所、信越化學工業等機構共同取得的，是日本文部科學省「光·量子飛躍旗艦計劃（Q-LEAP）」的研究項目之一。相關研究成果已發表在國際學術期刊《Advanced Quantum Technologies》上。
原文：《日本經濟新聞》、2025/2/18
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Advanced Quantum Technologies
論文：Heteroepitaxial (111) Diamond Quantum Sensors with Preferentially Aligned Nitrogen-Vacancy Centers for an Electric Vehicle Battery Monitor
DOI：10.1002/qute.202400400
