초전도체의 정확한 측정을 위한 새로운 도구

28년 2024월 XNUMX일

(나노 워크 뉴스) 수소(우리 중 많은 사람들처럼)는 압력을 받으면 이상하게 작용합니다. 이론에 따르면 이 가볍고 풍부하며 일반적으로 기체 상태인 원소는 우리 대기의 백만 배에 달하는 무게에 의해 부서질 때 먼저 금속이 되고 더욱 이상하게도 저항 없이 전기를 전도하는 물질인 초전도체가 됩니다. 과학자들은 수소화물이라고 불리는 수소가 풍부한 초전도 화합물을 이해하고 공중부양 열차에서 입자 탐지기에 이르기까지 실용적인 응용 분야에 활용하기를 열망해 왔습니다. 그러나 거대하고 지속적인 압력 하에서 이러한 물질과 기타 물질의 거동을 연구하는 것은 결코 실용적이지 않으며 이러한 거동을 정확하게 측정하는 것은 악몽과 불가능 사이의 범위에 있습니다. 계산기가 산술을 위해 그랬고 ChatGPT가 5문단으로 된 에세이를 작성했던 것처럼, 하버드 연구자들은 고압에서 수소화물 초전도체의 거동을 측정하고 이미지화하는 방법이라는 어려운 문제에 대한 근본적인 도구를 가지고 있다고 생각합니다. 게시 위치 자연 (“양자 센서를 이용한 수소화물 초전도체의 마이스너 효과 이미징”), 그들은 양자 센서를 표준 압력 유도 장치에 창의적으로 통합하여 가압된 재료의 전기 및 자기 특성을 직접 판독할 수 있다고 보고합니다. 다이아몬드 앤빌 셀 예술가가 렌더링한 질소 공극은 고압 초전도체에 의한 자기장의 방출을 감지할 수 있는 다이아몬드 모루 셀에 중심을 두고 있습니다. (이미지: Ella Marushchenko) 혁신은 물리학 교수 Norman Yao '09, Ph.D. '14, 그리고 보스턴 대학교 교수이자 전 하버드 박사후 연구원인 Christopher Laumann '03은 몇 년 전 이론적인 배경에서 벗어나 고압 측정에 대한 실질적인 고려 사항을 논의했습니다. 극한의 압력 하에서 수소화물을 연구하는 표준 방법은 두 개의 브릴리언트 컷 다이아몬드 경계면 사이에 소량의 재료를 짜내는 다이아몬드 모루 셀이라는 장비를 사용하는 것입니다. 샘플이 초전도가 될 만큼 충분히 찌그러졌을 때를 감지하기 위해 물리학자들은 일반적으로 전기 저항이 0으로 떨어지는 것과 인근 자기장의 반발, 즉 이중 신호를 찾습니다. 마이스너 효과(세라믹 초전도체가 액체 질소로 냉각되면 자석 위에 떠다니는 이유) 문제는 이러한 세부 사항을 포착하는 데 있습니다. 필요한 압력을 가하려면 찌그러짐을 고르게 분산시키는 개스킷으로 샘플을 제자리에 고정한 다음 챔버에 넣어야 합니다. 이로 인해 내부에서 일어나는 일을 "보기"가 어렵기 때문에 물리학자들은 다양한 효과를 개별적으로 측정하기 위해 여러 샘플을 포함하는 해결 방법을 사용해야 했습니다. Yao는 “초전도 수소화물 분야는 부분적으로 고압에서의 측정 기술이 너무 제한적이기 때문에 다소 논란의 여지가 있습니다.”라고 말했습니다. “문제는 모든 것이 닫혀 있고 매우 높은 압력에 있기 때문에 센서나 프로브만 내부에 붙일 수 없다는 것입니다. 이로 인해 챔버 내부에서 로컬 정보에 접근하는 것이 극도로 어려워졌습니다. 결과적으로, 단일 샘플에서 초전도성의 이중 특성을 실제로 관찰한 사람은 아무도 없습니다.” 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 영리한 개조를 설계하고 테스트했습니다. 그들은 다이아몬드의 원자 결정 격자에서 자연적으로 발생하는 결함으로 만들어진 얇은 층의 센서를 다이아몬드 모루 표면에 직접 통합했습니다. 그들은 샘플이 가압되어 초전도 영역을 통과하는 동안 챔버 내부 영역을 이미지화하기 위해 질소 공극 센터라고 불리는 이러한 효과적인 양자 센서를 사용했습니다. 그들의 개념을 증명하기 위해 그들은 약 백만 기압에서 초전도체가 되는 것으로 알려진 물질, 즉 물리학자들이 메가바 체제라고 부르는 물질인 세륨 수소화물을 사용하여 작업했습니다. 새로운 도구는 새로운 초전도 수소화물의 발견을 가능하게 할 뿐만 아니라 지속적인 연구를 위해 기존 재료의 탐나는 특성에 더 쉽게 접근할 수 있도록 함으로써 현장에 도움이 될 수 있습니다.