量子传感器揭示极端压力下材料相变
金刚石砧细胞让科学家在实验室装置内重现极端现象：地幔深处粉碎压力、仅靠强烈压力触发的化学反应。为开发新高性能材料，科学家需理解磁性、强度等有用特性在如此恶劣条件下如何变化。但常需承受金刚石砧细胞内粉碎力的传感器才能以足够灵敏度测量这些特性。将金刚石砧内天然原子缺陷转化为微小量子传感器，科学家开发出工具，为常规传感器无法触及的广泛实验打开大门。
原子层面，金刚石坚硬源于碳原子四面体晶体结构键合。但金刚石形成时，部分碳原子会被挤出“晶格位位”——晶体结构中像指定车位的空间。当晶体中困住的氮原子杂质紧邻空位，形成特殊原子缺陷：氮-空位（NV）中心。科学家用NV中心作微小传感器测单个蛋白磁性、单电子电场、活细胞内温度。
为利用NV中心固有传感特性，研究者在金刚石砧内直接工程化薄层NV中心，拍摄高压腔内物理快照。在十分之一克拉金刚石内生成厚度几百原子的NV中心传感器层后，研究者测试NV传感器测量金刚石砧细胞高压腔能力。
激光激发下传感器发亮红光。探测荧光亮度变化，研究者观察传感器对环境微小变化响应。NV传感器显示金刚石砧原本平坦表面在压力下中心弯曲——称“凹陷”现象，压力向砧尖中心集中。
既已证明如何将NV中心工程化入金刚石砧细胞，研究者计划用设备探索超导氢化物磁性行为——高压下近室温零损耗导电材料，可能革命化能源存储传输。
传感器