近日，中科大杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出并實(shí)現(xiàn)了用于搜尋類軸子的單電子自旋量子傳感器，將搜尋的力程拓展到亞微米尺度，可更好地尋找標(biāo)準(zhǔn)模型外的新粒子。該成果發(fā)表在著名期刊《自然·通訊》上。

在尋找新粒子諸多解決方案中，一類簡(jiǎn)單有效的理論假設(shè)是引入一類超輕質(zhì)量的軸子或類軸子粒子，人們猜測(cè)這類新粒子或許在電子與核子的相互作用中扮演著新的傳遞媒介。近年來，科學(xué)家發(fā)展了一系列精巧的實(shí)驗(yàn)裝置，在20微米以上的力程范圍內(nèi)開展了電子與核子相互作用的搜尋。然而，在更短的力程范圍內(nèi)開展實(shí)驗(yàn)研究，面臨尺寸不夠小、靈敏度待提升等一系列挑戰(zhàn)。

杜江峰團(tuán)隊(duì)將金剛石近表面氮—空位（NV）色心的電子自旋用作傳感器，來搜尋小于20微米范圍的電子與核子相互作用。團(tuán)隊(duì)制備了離金剛石表面10納米以內(nèi)的NV色心作為探測(cè)器，開發(fā)了相應(yīng)的電子學(xué)設(shè)備和量子控制方法，一舉解決了上述制約短力程探索的系列難題。實(shí)驗(yàn)表明，新傳感器可以探索的力程范圍是0.1微米到23微米。這一新方法為利用單自旋量子傳感器來研究超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理提供了可能性，有望推動(dòng)宇宙學(xué)、天體物理和高能物理等多個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。