利用金剛石壓砧中氮空位中心可以檢測高壓超導體對磁場的排斥（）藝術圖。 圖片來源：埃拉·馬魯申科/美國科學促進會網站

據(jù)發(fā)表于最新一期《自然》雜志的論文，美國哈佛大學開發(fā)了一種精準測量超導體的基礎工具。他們創(chuàng)造性地將量子傳感器集成到標準的壓力感應設備中，從而直接讀出加壓材料的電和磁性質。

氫在壓力下的表現(xiàn)很奇怪。理論預測，這種通常是氣態(tài)的元素在100多萬個大氣壓的壓力下，會變成金屬，甚至還會變成超導體。科學家一直渴望了解超導富氫化合物（稱為氫化物）并最終將其用于實際，包括懸浮列車、粒子探測器等。但是，現(xiàn)有手段很難研究這些材料，想要準確測量更是困難重重。

而哈佛大學團隊開發(fā)的新工具不僅能測量氫化物超導體在高壓下的行為，還能對其成像。

在極端壓力下研究氫化物的標準方法是使用金剛石壓砧儀器，它可在兩個明亮式切割金剛石界面之間擠壓少量材料。為了檢測樣品何時被擠壓到足以超導，通常要尋找兩個特征：電阻降至零，以及對附近任何磁場的排斥作用（又名邁斯納效應）。

想要施加必要的壓力，研究人員必須用一個墊圈將樣品固定住，使擠壓均勻分布，然后將樣品封閉在一個腔室中。但這很難真正觀察到超導電性的雙重特征。

為了解決這個問題，研究人員設計并測試了一種巧妙的改造方式：他們將一層薄薄的傳感器直接集成到金剛石壓砧的表面上。該傳感器是由金剛石原子晶格中自然產生的缺陷制成的。他們使用這些被稱為氮空位中心的有效量子傳感器，在樣品被加壓并進入超導區(qū)域時，對腔內的區(qū)域進行了成像。為證明他們的概念，研究人員使用了氫化鈰，這種材料已知在大約100萬個大氣壓下會成為超導體。

新工具不僅可幫助科學家發(fā)現(xiàn)新的超導氫化物，還可更容易地研究現(xiàn)有超導材料。