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集成量子传感器和压力感应器新工具可精确检测超导体特
发布时间:Wednesday 17th of April 2024 01:15:33 PM 来源:AYX在线 作者:ayx最新官网下载

  据发表于最新一期《自然》杂志的论文,美国哈佛大学开发了一种精准测量超导体的基础工具。他们创造性地将量子传感器集成到标准的压力感应设备中,从而直接读出加压材料的电和磁性质。

  利用金刚石压砧中氮空位中心可以检测高压超导体对磁场的排斥()艺术图。图片来源:埃拉·马鲁申科/美国科学促进会网站

  氢在压力下的表现很奇怪。理论预测,这种通常是气态的元素在100多万个大气压的压力下,会变成金属,甚至还会变成超导体。科学家一直渴望了解超导富氢化合物(称为氢化物)并最终将其用于实际,包括悬浮列车、粒子探测器等。但是,现有手段很难研究这些材料,想要准确测量更是困难重重。

  在极端压力下研究氢化物的标准方法是使用金刚石压砧仪器,它可在两个明亮式切割金刚石界面之间挤压少量材料。为了检测样品何时被挤压到足以超导,通常要寻找两个特征:电阻降至零,以及对附近任何磁场的排斥作用(又名迈纳斯效应)。

  想要施加必要的压力,研究人员必须用一个垫圈将样品固定住,使挤压均匀分布,然后将样品封闭在一个腔室中。但这很难真正观察到超导电性的双重特征。

  为了解决这个问题,研究人员设计并测试了一种巧妙的改造方式:他们将一层薄薄的传感器直接集成到金刚石压砧的表面上。该传感器是由金刚石原子晶格中自然产生的缺陷制成的。他们使用这些被称为氮空位中心的有效量子传感器,在样品被加压并进入超导区域时,对腔内的区域进行了成像。为证明他们的概念,研究人员使用了氢化铈,这种材料已知在大约100万个大气压下会成为超导体。

  极端压力有多厉害?在土星的第六颗卫星泰坦上,有一个天然气湖泊,就是泰坦上极端压力环境所致,让空气“变了质”。相比之下,我们工作生活中承受的压力都不算什么了。而当压力足够极端,像本文中所述,氢也能出现金属化,甚至展示出超导性。这种氢化物超导体非常诱人,未来可能给人类提供无限应用,但科学家必须准确了解其特性,这正是量子传感测量工具的意义。


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