Imaging des Meißner-Effekts in Wasserstoffsupraleitern mit Quantensensoren
Forscher haben eine neue Technik zur Bildgebung des Meißner-Effekts in Wasserstoffsupraleitern mit Quantensensoren entwickelt. Durch das Anwenden von Druck auf das supraleitende Material und die Verwendung einer flachen Schicht von Stickstoff-Vakanz-Farbzentren, die in einer Diamantstempelzelle implantiert sind, konnten die Forscher lokale Magnetometrie mit einer räumlichen Auflösung von unter einem Mikrometer unter hohem Druck durchführen. Sie nutzten diese Technik, um einen Wasserstoffsupraleiter namens CeH9 zu charakterisieren, und beobachteten die zwei charakteristischen Merkmale der Supraleitung: die Diamagnetismus-Eigenschaft des Meißner-Effekts und einen scharfen Abfall des Widerstands auf nahezu null. Die Forscher konnten auch die Geometrie der supraleitenden Bereiche direkt abbilden und Inhomogenitäten auf der Mikrometerskala feststellen. Diese Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Supraleitermaterialien unter hohem Druck und zur Optimierung ihrer Synthese.
Einführung
Druck ist ein leistungsstolles Werkzeug zur Untersuchung kondensierter Phasen und geophysikalischer Phänomene. In dieser Studie konzentrierten sich die Forscher auf den Megabar-Bereich, in dem in letzter Zeit hochtemperatur-Supraleiter entdeckt wurden. Allerdings versagen viele herkömmliche Messverfahren bei solch hohen Drücken. Die Forscher entwickelten eine neue Methode zur Durchführung von lokaler Magnetometrie mit einer räumlichen Auflösung von unter einem Mikrometer unter Megabar-Drücken, indem sie eine flache Schicht von Stickstoff-Vakanz-Farbzentren in eine Diamantstempelzelle implantierten.
Die Forscher wandten diese Technik an, um einen Wasserstoffsupraleiter namens CeH9 zu untersuchen. Durch gleichzeitige Magnetometrie- und elektrische Transportmessungen konnten sie die beiden charakteristischen Merkmale der Supraleitung beobachten: den Diamagnetismus-Effekt des Meißner-Effekts und einen scharfen Rückgang des Widerstands auf nahezu null. Sie konnten auch die Geometrie der supraleitenden Bereiche direkt abbilden und Inhomogenitäten auf der Mikrometerskala feststellen.
Experimenteller Aufbau
Die Forscher verwendeten eine Diamantstempelzelle mit einer flachen Schicht von direkt in den Stempel implantierten Stickstoff-Vakanz-Farbzentren. Sie wählten einen Kristallschnitt, der mit den intrinsischen Symmetrien des Stickstoff-Vakanz-Zentrums kompatibel war und es ihm ermöglichte, unter Megabar-Drücken zu funktionieren. Durch das Anwenden von Druck auf den Wasserstoffsupraleiter CeH9 und die Nutzung der Diamantstempelzelle konnten sie lokale Magnetometrie mit einer räumlichen Auflösung von unter einem Mikrometer unter hohem Druck durchführen.
Die Forscher führten gleichzeitige Magnetometrie- und elektrische Transportmessungen an der CeH9-Probe durch. Sie legten ein externes Magnetfeld an und maßen die magnetische Reaktion (Diamagnetismus) und den elektrischen Widerstand. Indem sie sowohl die Diamagnetreaktion als auch das Flussfangen kartierten, konnten sie die Geometrie der supraleitenden Bereiche direkt abbilden und Inhomogenitäten auf der Mikrometerskala feststellen. Diese Technik ermöglichte es ihnen, den Meißner-Effekt in Wasserstoffsupraleitern unter hohem Druck zu untersuchen und die Synthese von Superhydrid-Materialien zu optimieren.
Fazit
Die Forscher haben gezeigt, dass sie den Meißner-Effekt in Wasserstoffsupraleitern mit Quantensensoren abbilden können. Durch das Anwenden von Druck auf das supraleitende Material und die Verwendung einer Diamantstempelzelle mit implantierten Stickstoff-Vakanz-Farbzentren konnten sie lokale Magnetometrie mit einer räumlichen Auflösung von unter einem Mikrometer unter Megabar-Drücken durchführen. Sie wendeten diese Technik an, um den Wasserstoffsupraleiter CeH9 zu untersuchen und die beiden charakteristischen Merkmale der Supraleitung zu beobachten. Diese Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Supraleitermaterialien unter hohem Druck und zur Optimierung ihrer Synthese.
Zukünftige Forschung auf diesem Gebiet könnte weitere Untersuchungen anderer Wasserstoffsupraleiter und die Entwicklung neuer Techniken zur Bildgebung und Charakterisierung von Supraleitermaterialien umfassen.
