氢化物，这一富含氢的超导化合物家族，长久以来一直是科学家们热烈关注和深入探索的对象，他们期待着将其应用于诸如悬浮列车、粒子探测器等各种高科技领域。然而，要在如此巨大且持久的压力条件下研究这些材料的行为特性，实则是一项极具挑战的任务。
哈佛大学的研究团队近日宣称，他们已经研发出一种基础工具，有望突破这一难题，解决如何在高压环境下直接测量和探究氢化物超导体行为的问题。在《自然》杂志最新发表的论文中，他们创新性地将量子传感器融入常规高压诱导装置中，从而能够实时获取受压材料的电学和磁学属性。
目前，科研人员采用金刚石砧室来在极端压力下研究氢化物，该装置通过两片金刚石刀面夹持微量样品。当样品被压缩至超导状态时，物理学家通常会寻找两个关键迹象：一是电阻骤降至几乎为零；二是迈斯纳效应所体现的抗磁性特征，即材料进入超导态后对磁场产生的排斥现象。然而，如何精确捕捉这些微妙变化？由于施加高压需要样品被密封垫圈固定并均匀受力，然后置于密闭腔室内，这使得直接观测内部状况变得异常困难。以往，物理学家不得不使用多个样本分别检测不同效应。
超导氢化物领域的研究争议不断，其中一部分原因在于高压环境下，许多传统的测量手段均告失效。由于实验环境封闭且处于极高压力之下，科研人员无法直接插入传感器或探针进行内部探测，导致从密封腔室中获得局部信息变得极为复杂，这意味着过去无人能在单一样品中同时观察到超导的两种标志性表现。
为破解这一难题，研究人员设计并验证了一种巧妙方案：他们在金刚石砧室表面直接集成一层薄薄的传感器，利用金刚石晶格中天然存在的缺陷形成有效的量子传感器——氮空位中心。借助这些传感器，科研人员可在样品承受高压而变为超导态时，对腔室内的区域进行精准成像。
为了验证新开发工具的有效性，他们选择用此技术对近期发现的一种氢化物超导体——氢化铈进行研究，这是一种已知在约百万倍大气压下可实现超导特性的材料。通过同步进行磁性测定与电输运测量，他们成功捕捉到了超导体固有的两种特性。
凭借这项全新的工具，科研人员不仅能够更高效地发掘新的超导氢化物，还能更为便捷地揭示现有材料中的超导神奇性能，从而开启氢化物超导研究的新篇章。
