哈佛大学在最新一期《自然》杂志上发表了一篇论文，开发了精确测量超导体的基本工具。它们创造性地将量子传感器集成到标准的压力传感器中，直接读取压力材料的电和磁性。

可通过金刚石压砧中氮空位中心检测高压超导体对磁场的排斥()艺术图。
图片来源:埃拉·马鲁申科/美国科学促进会网站

氢在压力下的性能非常奇怪。理论预测，这种气态元素通常在100多万大气压下变成金属，甚至超导体。科学家们一直渴望了解超导富氢化合物（称为氢化合物），并最终用于实践，包括悬浮列车、粒子探测器等。然而，现有的方法很难研究这些材料，而且更难准确地测量它们。

哈佛大学团队开发的新工具不仅可以测量氢化物超导体在高压下的行为，还可以成像。

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，它可以在两个明亮的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，通常需要找到两个特点：电阻降至零，并排除附近的任何磁场（也称为迈纳斯效应）。

为了施加必要的压力，研究人员必须用垫圈固定样品，使挤压均匀分布，然后将样品关闭在腔室内。但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法：它们直接将一层薄薄的传感器集成到金刚石压砧的表面。传感器由金刚石原子晶格中的自然缺陷制成。当样品被压制并进入超导区时，它们使用这些被称为氮空位中心的有效量子传感器来成像腔内的区域。为了证明他们的概念，研究人员在大约100万大气压下使用氢化硫作为超导体。

新工具不仅可以帮助科学家发现新的超导氢化物，还可以更容易地研究现有的超导材料。

有多大的极端压力？在土星的第六颗卫星泰坦上，有一个由泰坦上极端压力环境引起的天然气湖，使空气“恶化”。相比之下，我们在工作和生活中承受的压力并不大。正如本文所述，当压力足够极端时，氢也会金属化，甚至超导。这种氢化物超导体非常有吸引力，未来可能会为人类提供无限的应用，但科学家必须准确理解其特性，这就是量子传感测量工具的意义。