小さな量子センサーは、圧力下で材料が変形するのを見る
ダイヤモンドアンビルセルは、科学者が地球のマントルの奥深くにある圧壊圧力などの極端な現象を再現したり、実験装置の範囲内で強い圧力によってのみ引き起こされる化学反応を可能にしたりすることを可能にしました。科学者は、新しい高性能材料を開発するために、磁性や強度などの有用な特性がこのような過酷な条件下でどのように変化するかを理解する必要があります。しかし、多くの場合、これらの特性を十分な感度で測定するには、ダイヤモンドアンビルセル内の破砕力に耐えることができるセンサーが必要です。科学者たちは、ダイヤモンドアンビル内の自然の原子欠陥を小さな量子センサーに変えることで、従来のセンサーではアクセスできない幅広い実験への扉を開くツールを開発しました。
原子レベルでは、ダイヤモンドは四面体結晶構造で結合した炭素原子にその頑丈さを負っています。しかし、ダイヤモンドが形成されると、一部の炭素原子が「格子サイト」からぶつかる可能性があります。これは、割り当てられた駐車場のような結晶構造内のスペースです。結晶に閉じ込められた窒素原子の不純物が空のサイトに隣接して配置されると、特別な原子欠陥が形成されます。それは、窒素空孔（NV）中心です。科学者たちは、NVセンターを小さなセンサーとして使用して、単一のタンパク質の磁性、単一の電子からの電場、および生細胞内の温度を測定しました。
NVセンターの固有のセンシング特性を利用するために、研究者は、高圧チャンバー内の物理学のスナップショットを撮るために、ダイヤモンドアンビルの内側に直接それらの薄層を設計しました。 10分の1カラットのダイヤモンドの内側に数百原子の厚さのNVセンターセンサーの層を生成した後、研究者はダイヤモンドアンビルセルの高圧チャンバーを測定するNVセンサーの能力をテストしました。
センサーは、レーザー光で励起されると、鮮やかな赤に光ります。この蛍光の明るさを調べることにより、研究者はセンサーが環境の小さな変化にどのように反応するかを見ることができました。 NVセンサーは、ダイヤモンドアンビルのかつて平らだった表面が圧力下で中央で湾曲し始めたことを示唆しました。これは「カッピング」と呼ばれる現象で、アンビルの先端の中央に向かって圧力が集中します。
NVセンターをダイヤモンドアンビルセルに設計する方法を示したので、研究者はこのデバイスを使用して、高圧で室温近くで損失なく電気を伝導する超伝導水素化物の磁気的挙動を調査することを計画しています。保存され、転送されます。
センサー