驾驭钻石缺陷：物理学硕士引领量子测量

钻石在材料科学领域以其作为地球上最佳天然热导体而闻名。然而，新研究揭示，在原子尺度上，钻石能以意想不到的方式短暂地捕获热量。这一发现可能会影响科学家设计基于钻石的量子技术，包括超高精度传感器和未来的量子计算机。

英国华威大学（

The University of Warwick

）的科学家在发表于《物理评论快报》的研究中，于钻石的原子缺陷周围发现了“热点”，

这一微观发现直接挑战了其作为完美导体的宏观认知。

研究表明，当钻石中某些分子尺度的缺陷被光激发时，会产生微小、短暂的“热点”，瞬间扭曲周围的晶体结构。这种扭曲仅持续几万亿分之一秒，但已足以影响量子相关缺陷的行为。

华威大学物理系的

James Lloyd-Hughes

教授表示，钻石是最好的热导体，因此人们会预期能量传输会阻止任何此类效应。然而，在纳米尺度上，一些声子会在缺陷附近滞留，形成一个微小的热环境。

声子可理解为晶格振动的能量包，在此情境下，它们移动缓慢且散射迅速，在最终衰变前，于缺陷周围形成一个短暂的“热泡”。该研究首次利用多维相干光谱（2DIR）技术于钻石缺陷观测到了这一“热基态”的形成，超出了研究人员的预期。

例如，钻石中的氮-空位（NV）和硅-空位（SiV）等缺陷，可作为高灵敏度传感器和量子信息处理的构建模块。它们的性能取决于其电子自旋态的稳定性，而这些自旋态强烈地受周围晶格振动（即声子）的影响。

新发现表明，用于操控这些缺陷的光学技术可能会无意中产生微小、短暂的热点。

华威大学物理系的Jiahui Zhao博士指出，瞬时的局部加热至关重要，因为缺陷是微小、敏感的量子系统，即使其环境发生短暂变化，也会影响它们在量子技术中的稳定性、精确度和实用性。

这些局部的温度尖峰可能干扰自旋态，从而影响量子设备的相干时间与整体性能。因此，理解并调控“热陷阱”，成为优化钻石量子器件不可绕过的基础课题。

基于对缺陷物理的深入理解，钻石在量子计算与量子精密测量两大前沿领域正展现出颠覆性潜力。

在量子计算领域，钻石色心是能在室温下工作的固态量子比特候选者。

当前研究正向规模化和与现有半导体工艺集成迈进。例如，2025年量子计算公司IonQ与合成钻石制造商元素六合作，成功生产出与标准半导体产线兼容的量子级钻石薄膜，为大规模制造奠定了基础。

色心传感器是其核心。

其原理是通过激光、微波操控与读取NV色心的自旋态，将极微弱的磁场、温度变化转化为光信号，具备纳米级分辨率和超高灵敏度。

近年来该领域进展迅速：

2025年12月，美国普林斯顿大学团队在《自然》杂志发表成果，通过让两个相距仅10纳米的NV色心发生量子纠缠，构建了“双探针”传感器，将磁场探测灵敏度提升了约40倍，足以揭示量子材料中隐秘的磁波动。

在中国，相关技术已步入应用阶段。

例如，全球首台基于量子精密测量技术的电流互感器已在电网中部署，体积大幅缩小而精度跃升；在深部矿产勘探中，量子磁力仪也开始用于探测此前“测不准”的资源。

的微观探究，到建造与硅芯片兼容的量子钻石薄膜，再到部署于电网和矿山的量子传感器，钻石的量子革命已全面铺开。

它不再是静态的“恒久远”象征，而是动态的、可被精确工程化的量子平台。钻石传感器犹如“透视眼”，其应用正从基础科研快速拓展至工业检测、生命科学，乃至未来无卫星导航等多个维度。

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这样的前沿进展，往往诞生于基础科学探索与未来技术需求紧密相连的学术环境。

华威大学对钻石中热缺陷的研究，其价值便在于直接指向量子传感器等未来器件的核心性能瓶颈。

揭示这类基础物理机制，培养能够运用这些前沿知识的科研人才，正是推动

现代物理学

发展的关键。

华威大学

科学、工程与医学学部

Faculty of Science, Engineering and Medicine

是

通过前沿研究塑造世界的未来，突破创新思维的边界，并参与引入新技术的

摇篮

。

学部下的各专业系与研究中心，共同引领着未来的工程师、医生、技术专家和科研人员，在科学、数学、工程和医学领域提供一流的支持与培训。。具体分别为：化学系；计算机科学系；工程系；生命科学系；数学系；物理系；心理学系；统计学系；华威制造集团；华威医学院。

华威大学的物理系

Department of Physics

的研究在工业、商业、医疗保健、政府政策和文化等领域产生着多种类型的影响力。

该系不仅专注培养下一代物理学家、发表研究论文和进行会议报告，其影响力更延伸至我们在现实世界中产生实际影响的众多领域。

根据

REF 2021

评估，华威大学在英国国内的物理学学术研究排名前十，所有方面均被认为达到世界领先或国际卓越水平。

物理系的研究课题广泛，包括：天文学与天体物理学；聚变、空间与天体物理学中心；凝聚态物理学；基本粒子物理学；医学物理学；理论物理学。

华威大学物理系的重大科学研究包括：

由Mark Dowsett教授于1993年发明。它现在是一种关键的分析仪器，用于开发各种通用半导体器件，包括计算机、移动通信和低能耗照明中的微处理器。Mark Newton's教授的团队结合电化学、光谱学和显微技术，探索了掺杂金刚石的电化学特性。通过与产业伙伴的紧密合作，促成了新型金刚石传感器的开发，用于从水质测量到电催化，以及气体高温分析等多种电化学与传感应用。：Neil Wilson's博士的研究致力于将纳米材料的原子和介观尺度结构与物理性质关联起来，并强调定量测量。其研究主要集中在石墨烯和其他二维材料的结构、力学、电子和电学特性上。他一直在开发基于石墨烯和氧化石墨烯的透射电镜支撑膜，用于分子和大分子的高分辨率成像（这已催生出由EMResolutions销售的氧化石墨烯TEM载网）。

物理系提供涵盖物理学所有领域的博士和理学硕士（研究型）课程。

物理学硕士（研究型）

Physics (MSc by Research)

提供

全日制

1

年

和

非全日制

2

年

两种修读方式，

这是一个以独立研究为核心的学位。

学生将在导师的指导下，专注于一个特定的研究项目，最终提交一篇学位论文。

或导师

。具体的研究方向包括：

凝聚态物理学

：

表面与界面科学；薄膜；半导体；分析科学；显微术；纳米科学；二维材料；医学物理学；生物物理学；超导与磁性；超快与太赫兹光子学、铁电体与晶体学；多铁性材料；超声学；磁性X射线散射；磁共振；固态核磁共振；电子顺磁共振；金刚石；量子现象。

理论物理学

：

量子信息理论；无序量子系统；电子结构理论；分子模拟；高性能计算；复杂性科学；软物质。

基本粒子物理学

：

ATLAS实验；探测器开发；LHCb及其他B物理实验；中微子物理学；T2K实验。

天文学与天体物理学

：

双星演化；系外行星；伽马射线暴；高速天体物理学；3D辐射流体动力学模拟。

聚变、空间与天体物理学

：

磁约束与惯性约束聚变能源；空间物理学；太阳物理学；磁流体动力学波动力学。

物理学硕士（研究型）常规申请要求：

（

1

）申请截止时间：

8月2日。开课时间为9-10月，官方建议至少在开课时间前3个月提交申请。

（

2

简历；个人陈述；

（

3

）标化考试要求：

IELTS总分6.5分，各单项最低6.0分。

攻读物理学（研究型）硕士，正是通往量子科技前沿的直接通道。

通过专注于类似钻石缺陷物理的课题，学生不仅能掌握凝聚态物理、光谱学等核心知识，更能获得设计实验、分析超快过程、解决复杂材料问题的研究能力。

在职业发展上，毕业生将拥有广阔的选择。例如前沿领域量子技术产业，投身于量子计算公司、量子传感器制造商或相关研发中心，从事材料开发、器件设计或系统集成工作。

其次，毕业生可在高端科学仪器与半导体行业，掌握超快光学、精密测量和材料表征技能，参与下一代分析设备、芯片制造工艺或先进探测器的研发。

此外，国家实验室、大型科研装置（如同步辐射光源），以及知名高校都是从事尖端基础研究或技术开发的理想场所。许多毕业生也会选择继续攻读博士学位，深化研究，成为引领未来突破的科学家。