近日，國(guó)際優(yōu)質(zhì)期刊Nature在線發(fā)表了關(guān)于鎳酸鹽La?Ni?O?超導(dǎo)非均勻性起源的里程碑研究[1]。該工作由哈佛大學(xué)N. Y. Yao與波士頓大學(xué)C. R. Laumann團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合愛(ài)荷華州立大學(xué)V. I. Levitas等多機(jī)構(gòu)合力完成，依托高壓NV量子傳感技術(shù)，較早從微觀尺度揭開(kāi)了高壓超導(dǎo)異質(zhì)性的核心秘密。 2019年，美國(guó)、法國(guó)、中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)相繼在Science發(fā)表成果，正式將NV色心量子傳感引入高壓科學(xué)，開(kāi)啟了高壓量子精密測(cè)量的黃金時(shí)代[2,3,4]。本次研究正是該技術(shù)路線的集大成之作——研究團(tuán)隊(duì)將氮空位（NV）色心量子傳感器集成于金剛石對(duì)頂砧（DAC），在高壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了La?Ni?O?局域邁斯納效應(yīng)的微米級(jí)原位成像，為高壓超導(dǎo)機(jī)理研究樹(shù)立全新。 作為銅基高溫超導(dǎo)的關(guān)鍵類比體系，La?Ni?O?在高壓下可實(shí)現(xiàn) 80K 液氮溫區(qū)以上超導(dǎo)，卻長(zhǎng)期深陷超導(dǎo)行為不均、信號(hào)微弱、呈 “絲狀”分布的困境，其微觀成因始終懸而未決。而傳統(tǒng)高壓測(cè)試手段難以實(shí)現(xiàn)局域微觀成像，無(wú)法定位異質(zhì)性源頭，成為領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)瓶頸 核心創(chuàng)新：三大突破重塑高壓超導(dǎo)研究范式 1、創(chuàng)新高壓原位多模態(tài)量子成像技術(shù) 團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)DAC內(nèi)嵌NV量子傳感器+寬場(chǎng)ODMR光譜聯(lián)用技術(shù)，在微米級(jí)分辨率下，實(shí)現(xiàn)三大關(guān)鍵物性同步、原位、無(wú)損成像： 樣品局域抗磁響應(yīng)（邁斯納效應(yīng)） 三維應(yīng)力張量（正應(yīng)力+剪切應(yīng)力） 微區(qū)化學(xué)計(jì)量比（元素比例） 該技術(shù)打破傳統(tǒng)高壓測(cè)量“宏觀平均、微觀模糊”的局限，讓材料結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)可被直接觀測(cè)。 2、揭示超導(dǎo)非均勻性的微觀根源 通過(guò)像素級(jí)多模態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，研究較早明確La?Ni?O?超導(dǎo)信號(hào)微弱、呈“絲狀”分布的核心原因： 剪切應(yīng)力淬滅超導(dǎo)：剪切應(yīng)力＞2 GPa時(shí)，超導(dǎo)性被直接消除，是超導(dǎo)異質(zhì)性的關(guān)鍵誘因。 化學(xué)計(jì)量比決定超導(dǎo)性能：僅La:Ni=3:2的精準(zhǔn)配比區(qū)域，才能呈現(xiàn)優(yōu)化超導(dǎo)特性。 3、構(gòu)建三維全參數(shù)超導(dǎo)相圖 突破傳統(tǒng)“單軸壓力”的簡(jiǎn)化描述，研究以樣品自身局域不均勻性為天然數(shù)據(jù)庫(kù)，較早構(gòu)建溫度–正應(yīng)力–剪切應(yīng)力三維連續(xù)超導(dǎo)相圖，為高壓超導(dǎo)的精準(zhǔn)調(diào)控提供完整理論框架。 核心實(shí)驗(yàn)圖示 NVDAC高壓下微米級(jí)結(jié)構(gòu)功能映射。a：高壓下亞微米級(jí)磁響應(yīng)成像，關(guān)聯(lián)應(yīng)力與化學(xué)成分。b：樣品加載示意圖。 c：樣品與傳壓介質(zhì)白光圖像。 d：NV電子基態(tài)自旋能級(jí)隨外磁場(chǎng)變化示意圖。e：20 K、97 G下的ODMR譜線特征。 多模態(tài)關(guān)聯(lián)與三維超導(dǎo)相圖。 a：樣品表面化學(xué)計(jì)量比分布（能量色散X射線光譜）。 b：超導(dǎo)區(qū)域局域正應(yīng)力特征。e：優(yōu)化正應(yīng)力下剪應(yīng)力矢量分布 f：溫度–正應(yīng)力–剪應(yīng)力三維超導(dǎo)相圖。 g/h：二維相圖投影，清晰界定超導(dǎo)區(qū)間。 高壓NV量子傳感經(jīng)典應(yīng)用案例 案例一 磁鐵礦Fe?O?高壓磁相變?cè)怀上馵5] 2024年，中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于NV量子傳感，研發(fā)出可耐受100 GPa（百萬(wàn)大氣壓）的超高壓磁成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)~1 μT/√Hz高靈敏度與亞微米級(jí)空間分辨率。該技術(shù)成功揭示：室溫下隨壓力升高，磁鐵礦從亞鐵磁性→弱鐵磁性→順磁性連續(xù)轉(zhuǎn)變，為地球深部礦物磁性研究提供全新實(shí)驗(yàn)手段。 Fe?O?相變時(shí)的ODMR成像圖 案例二 富氫化合物CeH?邁斯納效應(yīng)量子傳感成像[6] 鈰氫化物CeH?是百萬(wàn)大氣壓下少數(shù)轉(zhuǎn)變溫度超90 K的富氫超導(dǎo)體，但其超導(dǎo)性長(zhǎng)期缺乏邁斯納效應(yīng)的直接驗(yàn)證。2024年，吉林大學(xué)黃曉麗團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哈佛大學(xué)N. Y. Yao團(tuán)隊(duì)，在140 GPa創(chuàng)紀(jì)錄高壓下，利用NV量子傳感較早直接成像CeH?邁斯納效應(yīng)，證實(shí)其超導(dǎo)特性并發(fā)現(xiàn)磁通釘扎磁滯現(xiàn)象，明確其II類超導(dǎo)體本質(zhì)，為富氫化物超導(dǎo)可靠性提供關(guān)鍵證據(jù)。 NV色心磁測(cè)量及電輸運(yùn)測(cè)量的DAC裝置示意圖。bc：樣品四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行ODMR變溫實(shí)驗(yàn)。四點(diǎn)法測(cè)電阻表明超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為91K。 國(guó)產(chǎn)精密裝備：國(guó)儀量子高壓NV顯微系統(tǒng) 近期，國(guó)儀量子重磅推出高壓NV顯微鏡，作為先進(jìn)的高壓NV磁場(chǎng)成像系統(tǒng)，良好支撐前沿研究，核心參數(shù)達(dá)到先進(jìn)水平。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寬壓力范圍、高靈敏度磁成像，為非常規(guī)超導(dǎo)、拓?fù)湮飸B(tài)、條件物性研究提供國(guó)產(chǎn)化核心裝備。 展望未來(lái)：逐光室溫超導(dǎo)，量子傳感賦能前行 室溫超導(dǎo)，被譽(yù)為凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”，而高壓技術(shù)，正是解鎖這一前沿目標(biāo)的核心關(guān)鍵路徑。從富氫化物超導(dǎo)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)爭(zhēng)議與突破，到鎳基超導(dǎo)機(jī)理的關(guān)鍵性進(jìn)展；從LK-99引發(fā)的全球科研熱議，到高壓量子傳感技術(shù)的迭代升級(jí)，科研工作者們始終扎根條件，執(zhí)著探索物質(zhì)的本質(zhì)規(guī)律與未知特性。如今，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度正穩(wěn)步攀升，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)所需的壓力條件也不斷降低[7]，這一系列突破讓我們對(duì)室溫超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)充滿無(wú)限期待。 高壓NV顯微鏡憑借量子級(jí)的測(cè)量精度、微米級(jí)的成像能力，以及高壓環(huán)境下原位觀測(cè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已然成為高壓科學(xué)與超導(dǎo)研究領(lǐng)域的改進(jìn)型工具。我們堅(jiān)信，隨著技術(shù)的持續(xù)迭代與創(chuàng)新，高壓NV顯微鏡將持續(xù)為科研工作者賦能，助力人類逐步揭開(kāi)室溫超導(dǎo)的神秘面紗，讓人類在條件下物質(zhì)物性的探索之路，走得更穩(wěn)、更遠(yuǎn)、更深入。