氢(就像我们许多人一样)在压力下表现得很奇怪。理论预测，当受到超过一百万倍我们大气层重量的挤压时，这种轻质、丰富、通常为气态的元素首先会变成金属，甚至更奇怪的是，变成超导体——一种无电阻导电的材料。

科学家们一直渴望了解并最终利用超导富氢化合物(称为氢化物)进行实际应用——从悬浮火车到粒子探测器。但研究这些材料和其他材料在巨大、持续的压力下的行为是不切实际的，准确测量这些行为介于噩梦和不可能之间。

就像计算器对算术的作用，以及ChatGPT对撰写五段论文的作用一样，哈佛大学的研究人员认为，他们拥有一个基本工具，可以解决如何测量和成像氢化物超导体在高压下的行为这一棘手问题。

他们在《自然》杂志上发表文章，报告创造性地将量子传感器集成到标准压力感应装置中，从而能够直接读出加压材料的电学和磁学特性。

这项创新来自物理学教授NormanYao博士与波士顿大学教授、前哈佛大学博士后ChristopherLaumann之间的长期合作，几年前，他们一起突破了理论背景，进入了高压测量的实际考虑。

在极压下研究氢化物的标准方法是使用一种称为金刚石砧室的仪器，该仪器会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压扁到足以超导，物理学家通常会寻找双重特征：电阻降至零，以及任何附近磁场的排斥，即迈斯纳效应。(这就是为什么陶瓷超导体在用液氮冷却时会悬停在磁铁上)。

问题在于捕捉这些细节。为了施加必要的压力，样品必须通过均匀分布挤压的垫圈固定到位，然后封闭在腔室中。这使得很难“看到”内部发生的情况，因此物理学家不得不使用涉及多个样本的变通方法来分别测量不同的效应。

“超导氢化物领域一直存在一些争议，部分原因是高压下的测量技术非常有限，”姚说。

“问题是你不能只在里面放一个传感器或探针，因为一切都是封闭的，并且压力非常高。这使得从室内获取本地信息变得极其困难。因此，没有人真正观察到单个样品中超导性的双重特征。”

为了解决这个问题，研究人员设计并测试了一项巧妙的改造：他们将一层薄薄的传感器直接集成到金刚石砧的表面上，该传感器由金刚石原子晶格中自然存在的缺陷制成。他们使用这些被称为氮空位中心的有效量子传感器，在样品加压并进入超导区域时对室内区域进行成像。

为了证明他们的概念，他们使用了氢化铈，这种材料已知在大约一百万个大气压(或者物理学家所说的兆巴状态)下会成为超导体。

这种新工具不仅可以帮助该领域发现新的超导氢化物，还可以更容易地获得现有材料中那些令人垂涎的特性，以便继续研究。

“你可以想象，因为你现在正在[氮空位]金刚石砧室中制造一些东西，你可以立即看到‘这个区域现在是超导的，这个区域不是，’你可以优化你的合成并提出一种制作更好样品的方法，”劳曼说。

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