فیزیکدانان در ایالات متحده و چین تکنیکی را برای اندازه گیری قابل اعتماد از خواص مغناطیسی موادی که تحت فشارهای بسیار بالا نگه داشته می شوند ابداع کرده اند. روش آنها می تواند به محققان در کشف موادی که در دماهای بالا و فشارهای بالا ابررسانا هستند کمک کند.
ابررسانایی در دمای بالا در یکی دو سال گذشته به طور مرتب سرفصل اخبار را به خود اختصاص داده است - اما اغلب به دلایل اشتباه. چندین ادعا در مورد موادی که در دمای نزدیک یا حتی بالاتر از اتاق ابررسانا هستند مورد مناقشه قرار گرفته و برخی از آنها پس گرفته شده است.
بخشی از مشکل این است که این مواد در فشارهای بسیار بالا در سلول های سندان الماسی (DAC) مورد مطالعه قرار می گیرند. یک DAC یک نمونه کوچک را بین دو دندان الماسی فشرده می کند که مشاهده علائم مشخصه ابررسانایی را بسیار دشوار می کند. در واقع، دانستن ساختار اتمی دقیق چنین نمونه هایی حتی دشوار است.
به طور معمول، ادعاهای ابررسانایی باید با دو مدرک پشتیبانی شود. یکی افت ناگهانی به صفر در مقاومت ماده در هنگام انتقال ابررسانا است. دیگری اثر مایسنر است که عبارت است از بیرون راندن میدان مغناطیسی از یک ماده در هنگام ورود به حالت ابررسانا.
چالش فشار بالا
می‌گوید دیدن همزمان آنها در فشار بالا در DAC چالش برانگیز است نورمن یائو دانشگاه هاروارد چگونه می توان یک کاوشگر را به این محفظه فشار بالا چسباند؟ شما فقط دسترسی ندارید.» مقاومت نمونه را می توان با نصب سرنخ های کوچک اندازه گیری کرد. اما برای اندازه گیری اثرات مغناطیسی، محققان به طور کلی کل DAC را با یک سیم پیچ القایی برقی احاطه می کنند که فقط میانگین کل نمونه را نشان می دهد.
این مشکل به‌ویژه برای موادی مانند سوپرهیدریدهای سریم و لانتانیم، که تمرکز بسیاری از هیجان‌ها در مورد ابررساناهای دمای اتاق بوده‌اند، حاد است. آنها معمولاً با استفاده از لیزر برای گرم کردن پوسته فلز در حضور یک ترکیب غنی از هیدروژن ساخته می شوند. اما می توان سخت دانست که در فشار بالا، فاز هیدرید مورد نظر در کجا تشکیل شده و کجا تشکیل نشده است. یائو توضیح می‌دهد که به همین دلیل است که آزمایش‌های آزمایشی اغلب با شکست مواجه می‌شوند، زیرا هیچ ناحیه ابررسانا پیوسته‌ای وجود ندارد که یک سرب را به دیگری بپیوندد.
اگر نمونه بسیار ناهمگن باشد، تفسیر میانگین داده های رفتار مغناطیسی جمع آوری شده توسط یک سیم پیچ القایی را نیز پیچیده می کند. این به ویژه مشکل است زیرا این سیگنال ها در مقایسه با زمینه پس زمینه معمولاً کوچک هستند. در نتیجه، ادعای ابررسانایی در فشار بالا اغلب بحث برانگیز است.
سه سال پیش، تیم یائو و دیگران نشان دادند که میدان‌های مغناطیسی محلی را می‌توان با وضوح بالا با استفاده از خود الماس‌های DAC اندازه‌گیری کرد. این کار با استفاده از عیوب شبکه جای خالی نیتروژن (NV). در داخل الماس در این عیوب، دو اتم کربن مجاور با یک اتم نیتروژن و یک سایت شبکه خالی جایگزین می شوند.
تقسیم حالت های اسپین
هر NV دارای یک اسپین کوانتومی است که با میدان های مغناطیسی تعامل دارد. این برهمکنش با استفاده از تکنیکی به نام تشدید مغناطیسی تشخیص نوری مشاهده می شود. هنگامی که نور لیزر به یک NV تابیده می شود، باعث انتشار نور فلورسنت می شود. اگر یک سیگنال مایکروویو در فرکانس تشدید خاصی نیز به NV اعمال شود، اسپین را در حالت خاصی قرار می دهد و این باعث کاهش مقدار نور فلورسنت ساطع شده می شود. اگر میدان مغناطیسی نیز وجود داشته باشد، سطوح انرژی آن حالت اسپین تقسیم می شود. این بدان معنی است که کاهش فلورسانس در دو فرکانس مایکروویو مجزا رخ می دهد - و جدایی بین این فرکانس ها متناسب با قدرت میدان مغناطیسی است.
در اصل این تکنیک می تواند برای انجام مغناطیس سنجی با تفکیک فضایی بر روی یک نمونه DAC با استفاده از مراکز NV کاشته شده در نزدیکی نوک دندان الماسی استفاده شود. فلورسانس با تابش لیزر به انتهای پشت الماس ایجاد می شود.
کارشناس فشار بالا می‌گوید: «یک مزیت ذاتی تکنیک NV، وضوح فضایی بالای آن در اندازه‌گیری اغتشاش میدان مغناطیسی اعمال‌شده توسط فاز ابررسانا است، برخلاف اثر میانگین برای اندازه‌گیری‌ها در کل نمونه». میخائیل ارمتس موسسه شیمی ماکس پلانک در ماینتس، آلمان. Eremets، که روی ابررسانایی در دمای بالا در سوپرهیدرید لانتانیم تحت فشار کار کرده است، می‌افزاید: «این امکان استفاده از نمونه‌های بسیار کوچک‌تر و پتانسیل رسیدن به فشارهای بالاتر را فراهم می‌کند.
عیوب تغییر شکل یافته
با این حال، مشکلی در این روش مغناطیس‌سنجی وجود دارد، زیرا فشار بالا نقص‌های NV را به‌گونه‌ای تغییر شکل می‌دهد که به تدریج سیگنال مغناطیس‌سنجی را از بین می‌برد. پیش از این، فلورسانس از چنین مکان‌های NV در اطراف فشارهای 50 تا 90 گیگا پاسکال ناپدید می‌شد، که برای تشکیل فازهای ابررسانا سوپرهیدریدها بسیار کم است.
حسگرهای الماسی ماده را در فشارهای بالا بررسی می کنند
اکنون یائو و همکارانش راه حلی برای این مشکل فشار یافته اند که در اصل ساده است اما مهندسی آن چالش برانگیز است. اگر سطح بالایی دندان الماسی در امتداد یک جهت کریستالوگرافی خاص بریده شود، محل های NV در این جهت تراز می شوند. نتیجه این تقارن این است که فشار بر فلورسانس تأثیر نمی گذارد. این به تیم اجازه داد تا ابررسانایی را در نواحی خاص، به کوچکی چند میکرون، نمونه‌ای از سوپرهیدرید سریم در دمای حدود 90 کلوین و فشار 140 گیگا پاسکال شناسایی کند.
محققان می گویند استفاده از این جهت گیری کریستالی می تواند به حل مناقشات گذشته و اجتناب از برخی موارد آینده کمک کند. همچنین می‌تواند به محققان کمک کند تا تعیین کنند کدام شرایط سنتز نمونه بهتر عمل می‌کند. یائو می‌گوید قبلاً تعیین ماهیت دقیق یک نمونه دشوار بود. اما اکنون، اگر ماده مورد نظر دارای واکنش مغناطیسی مانند اثر مایسنر باشد، باید بتوان دقیقاً در کجای نمونه قرار دارد و به این ترتیب استنباط کرد که استراتژی‌های مصنوعی مختلف چقدر مؤثر هستند.
"این قابلیت تصویربرداری از تکنیک به ویژه مفید خواهد بود در محل دانشمند علم مواد می گوید: مشخص کردن ناهمگنی های موجود در این ابررساناهای با دمای بالا، از جمله آنهایی که در نزدیکی فشارهای محیطی پایدار هستند. راسل هملی از دانشگاه ایلینویز در شیکاگو، که در این کار دخالتی نداشت.
تحقیق در شرح داده شده است طبیعت.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://physicsworld.com/a/diamond-alignment-makes-high-pressure-magnetometry-of-superconductors-possible/
