亚洲日韩 Nature | 黄晓丽讲授合营磋议恶果：NV色心量子传感期间揭示富氢化合物的高温超导电性
发布日期：2024-12-22 20:04 点击次数：106
【供稿：物理学院】近日亚洲日韩，吉林大学物理学院黄晓丽讲授等东谈主与好意思国加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国度执行室、哈佛大学的Norman Yao讲授团队合营，在高压下超导富氢化物的超导电性执行磋议方面取得了要紧打破，运用金刚石氮-空位色心（NV center）量子传感期间，收效已矣超高压下富氢化合物的迈斯纳效应执行测量。这一要紧磋议恶果以“Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors”为题，于2024年2月28日发表在《Nature》上。在同时《Nature》上，香港科技大学的杨森讲授等东谈主以“Quantum sensor settles debate about superconductivity in hydrides”为题进行了亮点驳倒。
自从单质Hg的超导电性被发现以来，超导电性，尤其是室温超导体，一直是科学家们追赶的梦念念。高压下的富氢化合物被视为潜在的室温超导体，因此成为干系限度磋议的焦点。黄晓丽讲授团队运用高温高压多种执行期间路线，发现了多种新式富氢化合物（Sci. Adv. 2020， 6: eaax6849; Nat. Commun. 2021， 12: 273; Nat. Commun. 2023， 14:2660; Natl. Sci. Rev. 2019， 6: 713-718; Natl. Sci. Rev. 2024， 11: nwad107; JACS 2020， 142: 2803-2811; Adv. Mater. 2022， 2200924; CCS Chem. 2022， 4， 825–831）。相配是，起初在百万大气压以下获取超导转念温度进取100K、类金属氢子晶格的超氢化物CeH9和CeH10(Nat. Commun. 2019， 10， 3461; Phys. Rev. Lett. 2021， 127， 117001)。但是，执行上报谈的室温超导体C-S-H和Lu-N-H接踵被《Nature》撤稿，使得东谈主们对富氢化合物超导体的信得过性产生了质疑。因此，磋议者们亟需获取超导氢化物高温超导电性的齐备字据链，相配是考据其超导迈斯纳效应，以烧毁富氢化物超导体存在的争议。
传统的测量圭臬，如感应线圈和超导量子干预器件，在极限压力、磁场智谋度和空间分辨率方面皆有局限性。因此，发展新的磁探伤妙技和已矣超高压下的精准磁测量，不仅对超导氢化物磋议，也对统共高压磋议限度来说皆是亟待责罚的问题。
NV色心是金刚石里面的点劣势，具有优异的磁场智谋度和空间分辨率，是新兴的量子传感器。运用NV色心测量期间，磋议团队简略在高温高压条款下制备的微量富氢化物样品中，已矣迈斯纳效应和磁通量拿获的局部测量。这为在归并压力下测量超导电性的零电阻和迈斯纳效应提供了可能。
2019年，来自好意思国、法国以及中国的磋议团队辨别寂寞在Science杂志上接踵发表论文，拉开了NV色心传感期间应用到高压磋议限度的序幕。其中Norman Yao讲授团队（Science 2019，366， 1349–1354）测量了高压下金刚石砧面的应力溜达并表征了金属铁/钆随压力/温度的磁性转念。
但是，若何将智谋度和分辨率优异的NV色心测量期间应用到超高压下富氢化合物超导体磋议是一个新的挑战。为了克服这一挑战亚洲日韩，黄晓丽讲授团队与Norman Yao讲授团队合营，选拔了能踏实至较低压力、超导性能优异的铈氢化合物四肢磋议对象。他们转换地建议在归并压力下对归并样品进行电学和磁学表征的执行有筹画。
图：匹配NV色心磁测量期间及电输运测量的金刚石对顶砧安装露出图，已矣了铈氢化合物超导样品在归并压力条款下零电阻和迈斯纳效应的协同测量。
在执行中，团队使用[111]切割标的的金刚石，最大王法地保握了沿加压方进取NV色心的对称性。这使得磋议团队在百万大气压以上的压力下已矣了对磁场全皆强度的测量，智谋度达到35μT/√Hz，空间分辨率达到亚微米级。连气儿方法下，荧光对比度达到15%；脉冲方法下，自旋干系时刻达到2.04μs，拉比涟漪频率达到25MHz。
基于该期间，磋议团队通过场冷（FC）和零场冷（ZFC）的神色测量了高温超导体CeH9样品在不同位置的抗磁性，获取了与电学测量一致的收尾，有劲地考据了超导铈氢化物的迈斯纳效应。此外，还在该超导样品中发现了因磁通钉扎而产生的磁滞气候。收尾标明，超导转念后磁场发生了不均匀的溜达，合适超导体对磁场拆除的特征，阐明了超导样品所具有的迈斯纳效应。基于NV色心的磁探伤期间具有优异的空间分辨率，磋议团队按1微米的步长线性扫描了超导转念后样品在特定温度以及均匀外磁场条款下名义的抗磁溜达，已矣了百万大气压力以上的磁成像，获取了非均匀样品的局部抗磁性特征，从而确信了CeH9超导样品的空间溜达。
av在线观看这项磋议收效已矣了百万大气压条款下高智谋度和空间分辨的磁探伤，为极点条款下微量样品的磁学测量开拓了广袤的磋议空间。
该论文的共同第一作家是好意思国加州大学伯克利分校Pra Bhattacharyya博士、吉林大学物理学院超硬材料国度要点执行室陈吴昊博士和黄晓丽讲授，通信作家是好意思国加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国度执行室、哈佛大学Norman Yao讲授。
该职责得到了科技部国度要点研发预备后生科学家及国度当然科学基金委等项贪图落拓复古。
著作全文指令：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07026-7亚洲日韩