Физики создали уникальный квантовый сенсор — работает в экстремальных условиях

Ольга Покотило

Источник: Nature

Физики протестировали новый квантовый сенсор, работающий при давлении более 300 гигапаскалов, сравнимый с давлением в ядре Земли. Сенсор использует связь между механическим напряжением и магнитным полем вещества, чтобы измерять его свойства там, где обычные приборы выходят из строя.

Главные тезисы

Физики разработали квантовый сенсор, который работает при давлении более 300 гигапаскалов, подобном условиям в ядре Земли.
Используя механическое напряжение и магнитное поле, сенсор измеряет свойства вещества в экстремальных условиях.
Инновационное устройство открывает новые возможности в производстве сверхпроводников и исследовании планетарных условий, включая глубину Земли и планеты.

Физики создали уникальный квантовый сенсор

Подобный сенсор может найти применение в изготовлении сверхпроводников, исследовании экстремальных условий на других планетах и недрах Земли.

Основой устройства являются тонкие слои нитрида бора с микроскопическими дефектами, которые реагируют на изменения магнитного поля, температуры и напряжения. Сенсор интегрировали в камеру высокого давления, где образец сжимали между двумя плоскими алмазами. Так физики отследили, как меняется структура и магнитные свойства вещества, когда давление возрастает в тридцать тысяч раз — это позволяет моделировать условия глубин Земли или даже газовых гигантов типа Юпитера.

Ультратонкая конструкция размерами менее ста нанометров позволяет получать данные практически до самого образца, поэтому улавливает даже мельчайшие изменения, незаметные для обычных методов. Это открывает новые возможности для исследования фазовых переходов, вроде превращения металлов в сверхпроводники под давлением.

Чтобы измерения были точными, заполнили камеру порошком хлорида натрия для равномерного распределения давления. На поверхность алмазной наковальни уложили пластинку с сенсором, а исследуемый образец расположили сверху.

Через тонкую платиновую проволоку подавали микроволновой сигнал, считывавший квантовые состояния электронов в сенсоре, превращая их в данные о магнитном поле вещества. Все вместе создало интегрированную систему, способную картографировать напряжения и магнитные поля на наномасштабе даже в среде, где давление в десятки тысяч раз превышает атмосферное.