诺丁汉大学研究人员利用3D打印技术提高量子传感器效率

诺丁汉大学的研究人员开发出一种具有特殊纹理的3D打印表面，可以将不需要的气体粒子从量子传感器上引导开。该团队由物理与天文学院的L. Hackermueller领导，他们设计了复杂的表面图案，使粒子沿特定方向反弹，从而最大限度地减少干扰。他们的研究成果发表在《物理评论应用》（Physical Review Applied）期刊上。

科学家们利用3D打印钛合金制造出不同的表面图案，包括六边形凹槽和锥形凸起，旨在增加原子与表面的接触面积。这些冰球大小的系统可以安装在标准的商用真空室端口中。测试表明，这些结构化表面可将真空泵的单位面积抽速提高至3.8倍，模拟结果显示，性能提升潜力可达十倍。

图片来源：诺丁汉大学

量子传感器依靠微观量子物体来高精度地测量磁场、重力和其他现象。这些传感器需要在真空环境下工作，因为空气分子会干扰其灵敏的测量。即使在受控的真空环境中，也可能存在一些无关的粒子，从而引入测量噪声。

“我们仍在探索最有效的表面纹理；有希望的候选纹理包括类似蜂窝的六边形图案和源自几何艺术的复杂三维图案。这项技术含量相对较低的创新可以显著改进先进的量子技术，”物理与天文学院研究员、论文第一作者内森·库珀表示。

论文合著者、博士生本·霍普顿指出了这项工作的实际意义。“这项工作令人兴奋之处在于，相对简单的表面工程就能产生惊人的效果。通过将部分负担从主动抽气转移到被动的表面抽气，这种方法有可能显著减少甚至消除某些真空系统中对笨重泵的需求，从而使量子技术更加便携。”

来源：nottingham.ac.uk