最新的《自然》期刊曝光了美國哈佛大學開發(fā)的創(chuàng)新測量超導體基礎工具——量子傳感器。它可直接讀取出高壓材料的電與磁性質(zhì)，如氫在壓力下的異常表現(xiàn)。氫并不尋常，理論猜測其在百萬氣壓下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倌酥脸墝w。期望揭開超導富氫化合物的奧秘，以期引領懸浮列車與粒子探測器等技術(shù)的發(fā)展。然而，當前的測量手段難以精確地刻畫這些物質(zhì)，限制了對其特性的深入研究。

哈佛的新工具能解析氫化物超導體在高壓條件下的性質(zhì)，同時為這些超導材料進行高質(zhì)量的圖像掃描。在探索極端壓力物質(zhì)方面，傳統(tǒng)的方法依賴于金剛石壓砧儀器，主要觀測指標是樣品在接近超導狀態(tài)下的電阻突變?yōu)榱慵皩怪車艌龅呐懦饬Γ欢@種物理特征難以被清晰表述。

為了進一步克服這一難題，研究人員巧妙地設計并試驗了一套名為金剛石壓砧傳感器的系統(tǒng)，它可以把傳感器直接接合在金剛石壓砧的表面。利用這種原子缺陷產(chǎn)生的特殊傳感器來捕捉擠壓樣品過程中的信息變化，進而完成了對超導區(qū)域的詳細成像。為了驗證其有效性，研究人員選用了已知在約100萬大氣壓下會發(fā)生超導現(xiàn)象的氫化鈰作為實驗對象。

這個創(chuàng)新工具既有助于揭示新型的超導氫化物，又使得已有超導材料的研究變得更加方便快捷。如土衛(wèi)六的泰坦上，天然氣湖泊因受極端壓力影響，空氣在某種程度上已開始具有金屬屬性。相比之下，日常接觸的工作壓力顯得平淡無奇。即使壓力達到極高值，例如本文所描述的情況，仍可能導致氫呈現(xiàn)出金屬化甚至超導特性。此類氫化物超導體蘊含著極大潛力，可為人們帶來無窮無盡的技術(shù)應用，但科學家必需先精準掌握其特性，這也是量子傳感測量工具的應然使命。