最新的《自然》期刊曝光了美國(guó)哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新測(cè)量超導(dǎo)體基礎(chǔ)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(cè)其在百萬(wàn)氣壓下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倌酥脸?jí)導(dǎo)體。期望揭開(kāi)超導(dǎo)富氫化合物的奧秘，以期引領(lǐng)懸浮列車與粒子探測(cè)器等技術(shù)的發(fā)展。然而，當(dāng)前的測(cè)量手段難以精確地刻畫(huà)這些物質(zhì)，限制了對(duì)其特性的深入研究。

哈佛的新工具能解析氫化物超導(dǎo)體在高壓條件下的性質(zhì)，同時(shí)為這些超導(dǎo)材料進(jìn)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(cè)指標(biāo)是樣品在接近超導(dǎo)狀態(tài)下的電阻突變?yōu)榱慵皩?duì)抗周圍磁場(chǎng)的排斥力，然而這種物理特征難以被清晰表述。

為了進(jìn)一步克服這一難題，研究人員巧妙地設(shè)計(jì)并試驗(yàn)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(lái)捕捉擠壓樣品過(guò)程中的信息變化，進(jìn)而完成了對(duì)超導(dǎo)區(qū)域的詳細(xì)成像。為了驗(yàn)證其有效性，研究人員選用了已知在約100萬(wàn)大氣壓下會(huì)發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的氫化鈰作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

這個(gè)創(chuàng)新工具既有助于揭示新型的超導(dǎo)氫化物，又使得已有超導(dǎo)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(kāi)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(wú)奇。即使壓力達(dá)到極高值，例如本文所描述的情況，仍可能導(dǎo)致氫呈現(xiàn)出金屬化甚至超導(dǎo)特性。此類氫化物超導(dǎo)體蘊(yùn)含著極大潛力，可為人們帶來(lái)無(wú)窮無(wú)盡的技術(shù)應(yīng)用，但科學(xué)家必需先精準(zhǔn)掌握其特性，這也是量子傳感測(cè)量工具的應(yīng)然使命。