刘晓兵，爱·体育,爱体育(中国)物理工程学院教授，博士生导师，山东省泰山学者（青年专家），获山东省优秀青年基金、山东省物理学会“杰出青年成果奖”，山东省青创团队负责人。2011年在吉林大学超硬材料国家重点实验室获博士学位，2012-2017年，在美国西北大学从事博士后研究。近五年在PNAS，Angew，JACS，AEM，AFM，PRB等国际一流期刊发表SCI论文50余篇，主持国家与省级基金、横向开发项目、军工研发课题等9项。

刘晓兵教授现担任爱·体育,爱体育(中国)前沿交叉科学研究院副院长、济宁市极端条件材料物理重点实验室主任。2006年以来，长期从事高压下的物理与材料科学研究，这个领域的典型代表就是金刚石的人工合成。

刘晓兵教授和他的“钻石”团队

钻石仅仅是珠宝吗？

“钻石恒久远，一颗永流传”，说起金刚石，大家首先想到的是作为珠宝的钻石，精致、稀有、光彩夺目。但是大家知道吗？钻石是一个集科学与艺术于一身的材料。它除了晶莹璀璨，还有很多优异的性能和实用价值。钻石是自然界最坚硬的材料，它具有最大热导率、最宽透光波段、耐腐蚀、抗辐射等性能。这些特性让钻石成为一种极限型功能材料，在前沿科学研究与国防科技领域具有极其重要的应用价值。

璀璨夺目的钻石

璀璨的钻石有“特异”功能

竟可以“窥探”人类的思维！

2022年的诺贝尔物理学奖颁发给了三位量子信息专家，这代表着量子信息革命已经来临。有这样一种“明星”钻石——量子钻石，一种可应用于量子技术领域的信息载体，它正成为第二次量子革命里一颗璀璨的明珠。

量子钻石内部含有一种叫做NV中心的物质，基于其特性，一个NV中心可以作为一个量子比特，用来制作室温下的量子计算机。另外，一个NV中心就是一个多功能的量子传感器。它可以对温场、电场、磁场以及应力场进行传感。这种传感器的空间分辨率可以达到纳米级别，比当前的探测技术高出几个数量级。同时，这种传感器还具有目前最高的灵敏度，就连人类大脑思考过程中产生的微小磁场变化都可以探测到。

目前一些利用量子钻石制备的精密探测仪器已经商用化，未来还将在军工国防、生物医学等领域投入应用。如此看来，量子钻石简直具有“魔力”，连人类的思维都可以被“揭秘”了！

极端高温高压技术开发是当下科研热点

开发人工制备钻石工艺

只为破解“卡脖子”难题

我国是金刚石生产大国，金刚石产量占据了世界总产量的90%以上，居世界首位。然而目前我们所生产的金刚石主要应用于切削以及工艺品等传统领域。量子钻石的需求主要依赖于进口，因此我们虽是金刚石大国，却不是金刚石强国。高端功用性金刚石的制备已经成为我国的“卡脖子”技术之一。当前优质大尺寸原材料晶体的制备工艺被西方发达国家严密封锁，严重限制了国内本领域走向大规模应用前景。作为科研人员，愤慨之余，我们倍感责任重于泰山，自然当仁不让！

经过两年努力，终于迎来一个好消息，我们开发出了高质量量子钻石低成本、高效率的制备工艺，为突破这项“卡脖子”技术迈出了关键的一步。其中单点NV中心的相干时间高达数百μs以上，显著高于100μs的应用要求指标；集群NV中心的相干时间高达数十μs，综合测磁灵敏度达到~PT/Hz-1/2的级别。无论是单点还是集群NV中心均已达到国际最高水平，可以直接应用在未来量子计算、量子传感领域的研究工作中。

刘晓兵教授部分荣誉

未来“钻石的天下”

我们要力争占一席之地

曾有人提出“21世纪是钻石的天下”。钻石的前景就如同它的外表一样光明璀璨，然而前景光明的同时，我们也迎来了更大的挑战。大家知道，材料的性能将最终体现在实际应用中。钻石半导体器件的制作必须同时具有P型和N型半导体。前期研究人员通过掺杂硫，磷，氢等元素制备出了N型半导体，然而遗憾的是，其导电性还不能满足实用要求。

制备“钻石”之路 充满挑战但也魅力无限

2017年至2019年，我与团队成员提出了通过硼、氧共同掺杂来调整钻石的导电特性，实现了大尺寸高导电N型钻石的制备，成功将其表面载流子浓度提高了近百倍。这一成果发表在了《美国科学院院刊》（PNAS）上，被国际同行专家评价为“N型金刚石半导体制备领域的最新进展”，被“中国超硬材料网”等媒体广泛报道。

党的二十大对实施科教强国战略提出了新的要求，对于全体科技工作者是极大的鼓舞。生逢盛世，服务国家是科技工作者之幸事，也是当立的志向。接下来，我们将继续开展更高质量的钻石研究，脚踏实地，埋头苦干，不断创新，力争取得更大突破，助力我国实现科技自立自强。相信未来的“钻石强国”之路会更加光明！

下期《杏坛学人志》，请关注孔子文化研究院刘彬教授解密“易经”。

发布：曲阜师大新闻中心

终审：刘永礼