钻石内部即使有极小的原子排列错位，也会在周围形成应力，影响材料性质。日本研究人员利用钻石中的氮空位中心作传感器，直接测量单个位错附近的多种应力分量。Phys.org于10月26日介绍这项发表在Applied Physics Letters的研究，称测量结果与八十多年前提出的弹性理论预测相符。新闻重点是直接获得局部应力图，而不只是再次计算理论曲线。
所谓位错，是晶体中原子行列出现错位的一类缺陷。它周围的应力场可影响材料的机械、电学和磁学表现。理论上，研究者早就能用“应力张量”描述空间中不同方向的受力状态，但要在一个微小位错周围把多个分量实际测出来很困难。若只能看到部分信息，晶体生长时就难以判断缺陷对器件性能的具体影响。
缺陷周围的应力如何可见
团队采用的氮空位中心，是钻石晶格中一个碳原子被氮取代，旁边又恰好存在一个空位的结构。其电子自旋会受到周围环境影响，在激光照射下能产生可读出的荧光变化。研究人员再施加微波脉冲，通过共振频率的细微移动推断应力。不同方向的氮空位中心对同一应力场反应不同，这使研究者能够分离出原先难以同时测量的分量。
为减少杂乱干扰，团队先用化学气相沉积生长较高质量的钻石薄膜，并选择一个以单个位错为主的区域。报道指出，他们使用富含碳十二同位素的材料，并调整氮浓度，以兼顾信号亮度与自旋状态稳定性。最终测量出位错附近四个应力张量分量，检测精度约为一兆帕，报道认为相较常规方法提高约十倍。相关精度是在这项实验设置下取得。
将实测数据与弹性理论拟合后，研究者得到的钻石弹性参数与已知整体材料数值接近，应力分布也呈现理论预期的形态。它为长期使用的位错应力模型提供了直接实验支撑。不过，研究对象是特定制备薄膜中的位错，不能因此断言所有种类的晶体缺陷都已经可用同一方法完全解析。不同材料、缺陷密度和测量环境仍可能提出新的挑战。
从测量到器件仍有距离
潜在应用指向功率器件和量子器件。高质量钻石可能用作传感、电子和量子技术材料，而微观缺陷会影响一致性和可靠性。能把位错周围的应力“画出来”，有助于研究人员比较不同生长工艺，寻找容易造成器件性能波动的环节。测量工具本身不会自动提高良率；从实验观察走向生产改良，还需建立缺陷分布与最终器件性能的对应关系。
这项成果适合用“测量能力进步”来理解。研究组没有宣布商业化芯片，也没有证明量子计算机因此即刻升级。它把过去主要依靠理论推断的局部应力场变成可比较的实验数据，为之后优化钻石晶体生长提供了可操作的观察手段。后续值得关注的是，方法能否在更多位错类型、更大面积样品和器件工艺中保持同样的分辨率与可靠性。若测量范围扩大后仍可重复，它才更有机会进入材料质量控制流程，帮助工程师找到器件缺陷的具体来源。