Фізики створили унікальний квантовий сенсор — працює в екстремальних умовах

Ольга Покотило

Джерело: Nature

Фізики протестували новий квантовий сенсор, який працює за тиску понад 300 гігапаскалів, що можна порівняти з тиском у ядрі Землі. Сенсор використовує зв’язок між механічним напруженням і магнітним полем речовини, щоб вимірювати її властивості там, де звичайні прилади виходять з ладу.

Головні тези:

Фізики створили квантовий сенсор, який працює при тиску в 300 гігапаскалів, подібному до умов у ядрі Землі.
Сенсор використовує механічне напруження та магнітне поле для вимірювання властивостей речовини в екстремальних умовах.
Інноваційний пристрій має потенціал застосування у виготовленні надпровідників та дослідженні планетарних умов, включаючи Юпітер і глибини Землі.

Фізики створили унікальний квантовий сенсор

Подібний сенсор може знайти застосування у виготовленні надпровідників, дослідженні екстремальних умов на інших планетах і надрах Землі.

Основою пристрою є тонкі шари нітриду бору з мікроскопічними дефектами, які реагують на зміни магнітного поля, температури та напруження. Сенсор інтегрували у камеру високого тиску, де зразок стискали між двома плоскими алмазами. Так фізики відстежили, як змінюється структура і магнітні властивості речовини, коли тиск зростає у тридцять тисяч разів — це дозволяє моделювати умови глибин Землі або навіть газових гігантів на зразок Юпітера.

Ультратонка конструкція розмірами менш як сто нанометрів дозволяє отримувати дані практично впритул до зразка, тому вловлює навіть найдрібніші зміни, непомітні для звичайних методів. Це відкриває нові можливості для дослідження фазових переходів, на кшталт перетворення металів на надпровідники під тиском.

Щоб вимірювання були точними, камеру заповнили порошком хлориду натрію для рівномірного розподілу тиску. На поверхню алмазного ковадла поклали пластинку з сенсором, а досліджуваний зразок розташували зверху.

Через тонкий платиновий дріт подавали мікрохвильовий сигнал, який зчитував квантові стани електронів у сенсорі, перетворюючи їх на дані про магнітне поле речовини. Усе разом утворило інтегровану систему, здатну картографувати напруження та магнітні поля на наномасштабі навіть у середовищі, де тиск у десятки тисяч разів перевищує атмосферний.