​ 石墨烯只有一个碳原子的厚度，也具有许多独特的电子性质，因此它是凝聚态物理学和制作新型电子以及感应器件的基础研究中的理想材料。研究人员通常通过测量材料的电阻率来研究石墨烯的电子传输性质，但是这种方法不能解释一种奇怪的现象：纳米材料中重要的局部结构（如缺陷）会引起材料的电子性能的变化。现在，澳大利亚墨尔本大学的一个团队克服了这个问题，他们用氮空位中心的量子探针成像技术观察二维纳米材料的电流流动，比如碳薄片中的电流流动。并发现其电流流动确实受到微小裂缝和缺陷的干扰。​

​用于量子感测实验的实验装置的工艺图​
金刚石量子传感器由激光器控制。石墨烯（单层碳原子）位于传感器的顶部。 红线表示电子在石墨烯中移动时的路径。
新研究的首席学者Tetienne解释说：“我们这项技术是一种无损的探测技术，它可提供高亚微米级的空间分辨率，并能在正常环境条件下工作。它可以应用于任何单原子厚度材料和结构中电子传输的研究中，材料中的电子传输很容易受到这种因素的影响，像缺陷。这种影响至关重要，因为这将使我们看到电流如何受到这些缺陷的影响，从而最终帮助我们提高现有及新兴技术的可靠性和实用性。”

这种新技术是以量子感测平台为基础的，该平台由具有原子缺陷阵列的金刚石芯片组成，称为氮空位（NV）中心。当氮杂质自身与金刚石晶格中缺失的碳原子相邻时，会形成氮空位中心。这些中心本质上是微小的磁体，并且可以用来制作纳米级的磁共振成像（MRI）传感器。由于金刚石没有净核旋转，所以与氮空位相关电子的旋转对环境相对不敏感。

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​ 使用金刚石量子传感器获得的石墨烯中电流的图像，通过用颜色表示的电流强度或通过每秒所显示的电子数来表征缺陷。

氮空位中心受到绿光的激发时发出红光，并且当以特定频率施加微波时，该光的发射强度降低，而施加的频率又取决于外部磁场。这样便可以通过测量该频率来确定磁场强度。

Tetienne解释说：“在观察石墨烯中电子流的图像过程中，我们用了电流产生磁场的理论，电生磁的现象是丹麦物理学家汉斯•克里斯蒂安•奥斯特德（Hans Christian Oersted）在1820年发现的。我们通过使用量子传感器阵列测量并映射磁场，重建石墨烯中的电流密度。”

电流受到缺陷的影响

“我们使用这种技术对石墨烯的电流进行了成像，该石墨烯是由墨尔本大学在金刚石芯片上制造出来的。成像过程揭示了电流是如何受到器件缺陷的影响。测量过程中，仔细对绿色激光照射并用微波照射时氮空位探针发出的红色荧光现象的分析是关键步骤。”

他在的网站上发表说，该技术可用于研究石墨烯或任何其他原子厚度材料中的电子传输。它可以帮助我们更好地了解缺陷对设备性能的影响，或者研究这些材料中出现的异质电现象，如量子霍尔效应。这种现象对于开发下一代电子产品以及诸如量子计算机等新兴技术来说是非常重要的。

该团队由劳埃德•霍伦伯格（Lloyd Hollenberg）领导，他们目前正计划利用其技术来研究基于石墨烯的晶体管中电流是如何调制电流的。霍伦伯格透露：“我们也有兴趣应用这种技术来更好地了解硅中原子界定的纳米结构中的电子传导，比如，在澳大利亚量子计算和通信技术中心制造的那些硅原子，研究那些硅中原子界定的纳米结构中的电子传导有利于我们了解未来的量子计算机将会是如何运作的。我们的团队也是澳大利亚量子计算和通信技术中心的一部分。”

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