Науковці створили квантовий сенсор, що здатний витримати тиск у сотні разів вищий за земний

Фізики створили новий квантовий сенсор, який здатен працювати за тиску понад 300 гігапаскалів — показника, співмірного з умовами у ядрі Землі. Прилад використовує взаємозв’язок між механічним напруженням і магнітним полем речовини, що дозволяє досліджувати її властивості там, де звичайні сенсори не витримують. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

Основою сенсора є тонкі шари нітриду бору з мікроскопічними дефектами, чутливими до змін магнітного поля, температури та напруження. Його інтегрували у камеру високого тиску, де зразок стискали між двома алмазними ковадлами. Завдяки ультратонкій конструкції розміром менш як 100 нанометрів вдалося відстежувати навіть найдрібніші зміни, моделюючи умови надр Землі чи планет-гігантів на кшталт Юпітера.

Сенсор показав здатність фіксувати фазові переходи, зокрема перетворення металів на надпровідники під екстремальним тиском. Щоб забезпечити точність, камеру заповнили порошком хлориду натрію для рівномірного розподілу навантаження. На поверхню алмаза поклали сенсорну пластинку, над якою розташували досліджуваний зразок.

Через тонкий платиновий дріт подавався мікрохвильовий сигнал, що зчитував квантові стани електронів у сенсорі й перетворював їх на дані про магнітне поле. Це дозволило отримати просторово детальну картину розподілу напружень і магнітних властивостей у середовищі з тиском, який у десятки тисяч разів перевищує атмосферний.

Розробка відкриває перспективи для вивчення матеріалів у надекстремальних умовах, пошуку нових надпровідників, а також дослідження процесів у глибинах Землі й на інших планетах.