Фізики створили квантовий сенсор, що працюватиме навіть у земному ядрі

Фізики протестували новий квантовий сенсор, який працює за тиску понад 300 гігапаскалів, що можна порівняти з тиском у ядрі Землі. Сенсор використовує зв’язок між механічним напруженням і магнітним полем речовини, щоб вимірювати її властивості там, де звичайні прилади виходять з ладу. Він може знайти застосування у виготовленні надпровідників, дослідженні екстремальних умов на інших планетах і надрах Землі. Про результати дослідження команда повідомила у журналі Nature.

Схематичне зображення того, як випробовували новий сенсор, створюючи умови надвисокого тиску за допомогою двох алмазів. Chong Zu

Як працює новий сенсор?

Основою пристрою є тонкі шари нітриду бору з мікроскопічними дефектами, які реагують на зміни магнітного поля, температури та напруження. Сенсор інтегрували у камеру високого тиску, де зразок стискали між двома плоскими алмазами. Так фізики відстежили, як змінюється структура і магнітні властивості речовини, коли тиск зростає у тридцять тисяч разів — це дозволяє моделювати умови глибин Землі або навіть газових гігантів на зразок Юпітера. Ультратонка конструкція розмірами менш як сто нанометрів дозволяє отримувати дані практично впритул до зразка, тому вловлює навіть найдрібніші зміни, непомітні для звичайних методів. Це відкриває нові можливості для дослідження фазових переходів, на кшталт перетворення металів на надпровідники під тиском.

Щоб вимірювання були точними, камеру заповнили порошком хлориду натрію для рівномірного розподілу тиску. На поверхню алмазного ковадла поклали пластинку з сенсором, а досліджуваний зразок розташували зверху. Через тонкий платиновий дріт подавали мікрохвильовий сигнал, який зчитував квантові стани електронів у сенсорі, перетворюючи їх на дані про магнітне поле речовини. Усе разом утворило інтегровану систему, здатну картографувати напруження та магнітні поля на наномасштабі навіть у середовищі, де тиск у десятки тисяч разів перевищує атмосферний.

Які явища фізики досліджують на мікрорівні

✨ Фізики навчилися відслідковувати фотони в оптоволокні, не руйнуючи їх. Це може прискорити безліч протоколів квантових мереж.

🎶 Також завдяки 3D-нанолітографії дослідники створили найменшу у світі платівку і записали на неї різдвяну пісню.

🌡️ А в галузі вивчення матеріалів науковці змогли знизити тиск, потрібний для досягнення надпровідності за прийнятної температури.