近日，美國(guó)哈佛大學(xué)的研究人員在最新一期《自然》雜志上發(fā)表了一篇重要論文，介紹了他們開發(fā)的一種新型基礎(chǔ)工具，該工具能夠精準(zhǔn)測(cè)量超導(dǎo)體的電磁特性。這項(xiàng)創(chuàng)新的關(guān)鍵在于，研究人員創(chuàng)造性地將量子傳感器集成到了標(biāo)準(zhǔn)的壓力感應(yīng)設(shè)備中，從而能夠直接觀測(cè)到加壓材料在電和磁性質(zhì)上的變化。

       長(zhǎng)期以來，氫在極端壓力下的表現(xiàn)一直備受關(guān)注。理論預(yù)測(cè)，在高達(dá)100多萬個(gè)大氣壓的壓力下，這種通常呈氣態(tài)的元素可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?，甚至可能展現(xiàn)出超導(dǎo)性。超導(dǎo)氫化物的研究對(duì)于超導(dǎo)體的實(shí)際應(yīng)用，如懸浮列車和粒子探測(cè)器等，具有重要意義。然而，對(duì)這類材料的研究和準(zhǔn)確測(cè)量一直面臨著重重困難。

       科學(xué)家用高壓制備出金屬氫

       哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一挑戰(zhàn)，開發(fā)了一種新型工具，不僅能夠測(cè)量氫化物超導(dǎo)體在高壓下的行為，還能對(duì)其內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行成像。這一突破性的技術(shù)克服了傳統(tǒng)方法在測(cè)量超導(dǎo)性時(shí)的局限性，為超導(dǎo)研究開辟了新的道路。

       傳統(tǒng)的極端壓力研究方法依賴于金剛石壓砧儀器，該儀器通過在兩個(gè)金剛石界面之間擠壓少量材料來施加壓力。為了檢測(cè)材料是否達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)，研究人員通常需要觀察兩個(gè)關(guān)鍵特征：電阻降至零，以及對(duì)附近磁場(chǎng)的排斥作用（邁納斯效應(yīng)）。然而，這種方法在實(shí)際操作中很難同時(shí)觀察到這兩個(gè)特征。

       為了解決這個(gè)問題，哈佛大學(xué)的研究人員提出了一種創(chuàng)新的解決方案：他們將一種薄薄的量子傳感器直接集成到金剛石壓砧的表面。這種傳感器利用金剛石原子晶格中自然產(chǎn)生的缺陷，被稱為氮空位中心。當(dāng)樣品被加壓并進(jìn)入超導(dǎo)區(qū)域時(shí)，這些量子傳感器能夠?qū)η粌?nèi)的區(qū)域進(jìn)行成像。

       為了驗(yàn)證這一技術(shù)的有效性，研究團(tuán)隊(duì)選擇了氫化鈰作為研究對(duì)象。氫化鈰是一種已知在大約100萬個(gè)大氣壓下可成為超導(dǎo)體的材料。通過使用新開發(fā)的工具，研究人員成功地對(duì)氫化鈰的超導(dǎo)性質(zhì)進(jìn)行了精確測(cè)量和成像。

       這一創(chuàng)新技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅有助于科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)氫化物，還將為現(xiàn)有超導(dǎo)材料的研究提供更為便捷的手段。未來，隨著這一技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，我們有望見證超導(dǎo)材料在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，從而推動(dòng)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展。