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新工具可精確檢測(cè)超導(dǎo)體特性

發(fā)布時(shí)間:2024-3-4來(lái)源:青島市科技局點(diǎn)擊:返回列表

       科技日?qǐng)?bào)北京2月29日電 (記者張佳欣)據(jù)發(fā)表于最新一期《自然》雜志的論文,美國(guó)哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種精準(zhǔn)測(cè)量超導(dǎo)體的基礎(chǔ)工具。他們創(chuàng)造性地將量子傳感器集成到標(biāo)準(zhǔn)的壓力感應(yīng)設(shè)備中,從而直接讀出加壓材料的電和磁性質(zhì)。

 
  氫在壓力下的表現(xiàn)很奇怪。理論預(yù)測(cè),這種通常是氣態(tài)的元素在100多萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓力下,會(huì)變成金屬,甚至還會(huì)變成超導(dǎo)體。科學(xué)家一直渴望了解超導(dǎo)富氫化合物(稱為氫化物)并最終將其用于實(shí)際,包括懸浮列車(chē)、粒子探測(cè)器等。但是,現(xiàn)有手段很難研究這些材料,想要準(zhǔn)確測(cè)量更是困難重重。
 
  而哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新工具不僅能測(cè)量氫化物超導(dǎo)體在高壓下的行為,還能對(duì)其成像。
 
  在極端壓力下研究氫化物的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用金剛石壓砧儀器,它可在兩個(gè)明亮式切割金剛石界面之間擠壓少量材料。為了檢測(cè)樣品何時(shí)被擠壓到足以超導(dǎo),通常要尋找兩個(gè)特征:電阻降至零,以及對(duì)附近任何磁場(chǎng)的排斥作用(又名邁納斯效應(yīng))。
 
  想要施加必要的壓力,研究人員必須用一個(gè)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(gè)腔室中。但這很難真正觀察到超導(dǎo)電性的雙重特征。
 
  為了解決這個(gè)問(wèn)題,研究人員設(shè)計(jì)并測(cè)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(chǎn)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(jìn)入超導(dǎo)區(qū)域時(shí),對(duì)腔內(nèi)的區(qū)域進(jìn)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(wàn)個(gè)大氣壓下會(huì)成為超導(dǎo)體。
 
  新工具不僅可幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)氫化物,還可更容易地研究現(xiàn)有超導(dǎo)材料。
 
【總編輯圈點(diǎn)】
 
  極端壓力有多厲害?在土星的第六顆衛(wèi)星泰坦上,有一個(gè)天然氣湖泊,就是泰坦上極端壓力環(huán)境所致,讓空氣“變了質(zhì)”。相比之下,我們工作生活中承受的壓力都不算什么了。而當(dāng)壓力足夠極端,像本文中所述,氫也能出現(xiàn)金屬化,甚至展示出超導(dǎo)性。這種氫化物超導(dǎo)體非常誘人,未來(lái)可能給人類提供無(wú)限應(yīng)用,但科學(xué)家必須準(zhǔn)確了解其特性,這正是量子傳感測(cè)量工具的意義。

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