美國加利福尼亞大學(xué)物理教授Dmitry Budker和以色列的內(nèi)蓋夫本古里安大學(xué)最近共同發(fā)表研究，稱發(fā)現(xiàn)了人造金剛石傳感器能夠探測到高溫超導(dǎo)體中的微磁場，這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⒔鉀Q科學(xué)領(lǐng)域中諸多懸而未決的技術(shù)難題。研究成果發(fā)表在2月份的Physical Review 上。

       高溫超導(dǎo)體的一些物理性質(zhì)和現(xiàn)象雖在1987年就被一些科學(xué)家研究并獲得諾貝爾獎(jiǎng)，但其中的某些技術(shù)至今仍然未突破；而金剛石傳感器技術(shù)的應(yīng)用則大大有助于對這些技術(shù)瓶頸的理解和解決。勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究員Budker介紹道。

       高溫超導(dǎo)體是諸如釔和鉍等材料在絕對零度（-280°F）以上被降溫到180華氏度時(shí)發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的導(dǎo)體；而低溫超導(dǎo)體在絕對零度以上僅需降低幾度就可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。早在28年前當(dāng)科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體時(shí)就曾預(yù)料，未來科技將很快會實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體的無損電傳輸和磁懸浮列車等技術(shù)。在無損電傳輸方面，用超導(dǎo)材料做成的超導(dǎo)電纜用于輸電，那么在輸電線路上的損耗將降為零。 而在磁懸浮列車方面，裝備了超導(dǎo)磁體的列車，其時(shí)速將達(dá)到500km•h以上。而這些先進(jìn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，都需要借助人造金剛石傳感器來實(shí)現(xiàn)對高溫超導(dǎo)材料的突破性研究。

       “金剛石傳感器技術(shù)或?qū)椭覀冊诟邷爻瑢?dǎo)體技術(shù)和理論方面實(shí)現(xiàn)新的飛躍”，內(nèi)蓋夫本古里安大學(xué)的Ron 和Folman評價(jià)道。

       金剛石的顏色有黃色、橙色和紫色等等，這些顏色是從金剛石碳結(jié)構(gòu)的瑕疵缺陷中產(chǎn)生的；有一些碳原子可能還會被硼元素所取代，從而吸收或放射出光束中的一種特定顏色。

       隨著人造金剛石技術(shù)的發(fā)展和成熟，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)可以通過植入雜質(zhì)的方法來改變金剛石的某些光學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中，Ron 和Folman利用氮原子來“敲擊”人造金剛石的碳原子，使其結(jié)構(gòu)表面留下一些“洞洞”，這些“洞洞”也即那些被“敲擊”掉的碳原子留下的空位；然后再對這些空位進(jìn)行加熱，使其四處移動并和氮原子配對結(jié)合，最終形成氮空位中心（NV中心）。對于那些帶負(fù)電荷的NV中心，當(dāng)它們再次放射光芒時(shí)，這些光線對于磁場就非常敏感并可以通過激光光譜來讀出相關(guān)數(shù)據(jù)，這就使得金剛石傳感器技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。
       Folman還補(bǔ)充道，金剛石的色心能夠展現(xiàn)獨(dú)特量子特性，這是其它材料所不具備的。

       金剛石傳感器的傳感靈敏度和分辨率特性非常優(yōu)越，其工作溫度要比超導(dǎo)量子干涉儀（一種磁力計(jì)）的工作溫度高出許多，工作適應(yīng)性更強(qiáng)；從而更適合輔助科學(xué)家們?nèi)パ芯扛邷爻瑢?dǎo)體。Budker說,超導(dǎo)材料的磁探測技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)今并不是沒有，而在現(xiàn)有的技術(shù)水平上，我們更需要一個(gè)像金剛石傳感器這樣的工作性能超強(qiáng)超好的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)一步突破。

       研究小組利用金剛石傳感器去探測釔鋇銅氧（YBCO）超導(dǎo)體薄片，YBCO是迄今為止兩種最普遍最常見的高溫超導(dǎo)體材料之一。工作人員將金剛石傳感器和YBCO結(jié)合在一個(gè)芯片上，然后用它來探測常態(tài)傳導(dǎo)向超導(dǎo)性變化的過程。工作人員發(fā)現(xiàn)，在傳導(dǎo)性變化過程中金剛石傳感器探測到了細(xì)微的渦流磁，這種渦流磁在材料轉(zhuǎn)化為超導(dǎo)體的過程中若隱若現(xiàn)，時(shí)而消失時(shí)而出現(xiàn)；這一發(fā)現(xiàn)對于理解高溫超導(dǎo)技術(shù)至關(guān)重要。

       Folman說：“我們的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明高溫超導(dǎo)體能夠被金剛石傳感器所探測研究，那么下一步我們將研制靈敏度和分辨率更高的傳感器來研究單個(gè)的渦流磁；希望通過人造金剛石傳感器能夠發(fā)現(xiàn)一些以往技術(shù)沒有觸及到的新特性，新領(lǐng)域”。

       該研究工作得到了北約科學(xué)和平計(jì)劃、美國國家科學(xué)基金會和加州大學(xué)伯克利分?；A(chǔ)科學(xué)研究所的贊助和支持。（編譯自‘Colored diamonds are a superconductor’s best friend’）