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性

科技日报2024年2月29日报道，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。

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。

而哈佛大学团队开发的新工具不仅能测量氢化物超导体在高压下的行为，还能对其成像。

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，以及对附近任何磁場的排斥作用（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。

新工具不仅可帮助科学家发现新的超导氢化物，还可更容易地研究现有超导材料。

（来源：科技日报）