Мир квантовой физики полон загадок, особенно когда субатомные частицы испытывают огромное давление. Главная проблема — создание датчиков, устойчивых к таким нагрузкам. Учёные из Вашингтонского университета во главе с Чонгом Зу преодолели этот барьер, разработав квантовые датчики в тонких листах кристаллизованного нитрида бора.
Эти датчики измеряют напряжение и намагниченность материалов под давлением, превышающим атмосферное в 30 000 раз. «Мы первыми создали такой датчик высокого давления, — отметил Зу. — Он применим в квантовых технологиях, материаловедении, астрономии и геологии».
Метод: пучки нейтронного излучения выбивают атомы бора, создавая вакансии, которые захватывают электроны. Их спин меняется под влиянием магнетизма, напряжения и температуры, позволяя анализировать материалы на квантовом уровне.
В отличие от алмазных датчиков (трудно размещать из-за 3D-формы), листы нитрида бора толщиной менее 100 нанометров обеспечивают контакт на расстоянии менее нанометра. Алмазы используются как «наковальни» для создания давления — две плоские поверхности сжимают образцы.
Тесты показали, что датчики улавливают малейшие изменения в магнитных полях. Планы: изучение горных пород под давлением (для понимания землетрясений) и сверхпроводимости при комнатной температуре, чтобы разрешить споры. «Теперь у нас есть инструменты для прорывных исследований», — сказал Зу.
На схематическом изображении показан 2D-датчик, зажатый между двумя алмазными наковальнями. Источник: Чонг Зу.
Дополнительная информация: Guanghui He et al, Probing stress and magnetism at high pressures with two-dimensional quantum sensors, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63535-7
Источник: https://phys.org/news/2025-09-quantum-sensors-extreme-pressure.html