钻石长期以来一直在量子传感领域占据着王者地位，这要归功于其相干的氮-空位中心、可调节自旋、磁场灵敏度以及在室温下的工作能力。由于这样一种易于制备和扩展的合适材料，人们对于探索钻石的替代品并不感兴趣。

然而，这个量子领域的巨人却存在一个弱点。它太大了，使得它在探索量子传感器和数据处理方面表现不佳。但当钻石变得太小时，它的超稳定状态也开始崩解，此时会变得毫无用处。

于是，hBN登场了。

hBN在过去被忽视，没有被看作是量子传感和量子信息处理的平台。然而，最近发现了一些新的缺陷，它们被认为有望成为钻石氮-空位中心的有力竞争者。其中，硼空位中心（hBN晶格中的一个缺失原子）被认为是迄今为止最具潜力的。

然而，它可以存在于各种电荷态中，只有-1电荷态适用于基于自旋的应用。其他电荷态目前一直难以检测和研究，这是个问题。因为电荷态可以闪烁，在-1态和0态之间切换，使其不稳定，特别是在典型的量子器件和传感器环境中。

然而，正如发表在《纳米快报》上的论文所概述的，来自TMOS和澳大利亚变革性超光学系统（ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems）的研究人员已经开发出一种稳定-1态的方法，并采用了一种新的实验方法来研究hBN中缺陷的电荷态，该方法使用光激发和同时的电子束辐照。

合著作者安格斯·盖尔表示：“这项研究表明，hBN有潜力取代金刚石成为首选的量子传感和量子信息处理材料，因为我们可以稳定这些应用的基础缺陷，从而得到2D hBN层，可以集成到钻石无法进入的器件中。”

合著作者多米尼克·斯科纳米利奥表示：“我们对这种材料进行了表征，并发现了独特而非常酷的性质，但是对hBN的研究处于早期阶段。关于硼空位的电荷状态切换、操纵或稳定性没有其他出版物，这就是为什么我们要迈出填补这个文献空白、更好地理解这种材料的第一步。”

首席研究员米洛斯·托斯表示：“这项研究的下一阶段将集中在泵浦探测测量上，这将使我们能够优化hBN中的缺陷，用于感测和集成量子光子学应用。”

量子传感是一个快速发展的领域。量子传感器承诺具有比传统传感器更好的灵敏度和空间分辨率。在众多应用中，对工业4.0和设备进一步微型化至关重要的是对微电子器件中温度、电场和磁场的精确感测。能够感测到这些是控制它们的关键。热管理目前是限制微型化设备性能进一步提升的因素之一。在纳米尺度上进行精确的量子感测将有助于防止微芯片过热，提高性能和可靠性。

量子感测也在医疗技术领域有重要应用，其能够检测到磁性纳米颗粒和分子，有望成为一种可注射的诊断工具，用于搜索癌细胞，或者监测细胞内的代谢过程，以追踪医疗治疗的影响。

为了研究hBN中的硼空位缺陷，TMOS团队创建了一个新的实验装置，将共焦光致发光显微镜与扫描电子显微镜（SEM）整合在一起。这使他们能够同时用电子束和电子微电路操纵硼空位缺陷的电荷状态，并同时测量这些缺陷。

盖尔说：“这种方法的创新之处在于它使我们能够将激光聚焦到hBN的单个缺陷上，并在操纵时使用电子电路和电子束进行成像。这种显微镜的改进独一无二；它非常有用，大大简化了我们的工作流程。”