Sensor Kuantum Kecil Melihat Material Berubah Di Bawah Tekanan
Sel landasan berlian telah memungkinkan para ilmuwan untuk menciptakan kembali fenomena ekstrem, seperti tekanan yang menghancurkan jauh di dalam mantel bumi, atau untuk memungkinkan reaksi kimia yang hanya dapat dipicu oleh tekanan kuat, semua dalam batas-batas peralatan laboratorium. Untuk mengembangkan material baru yang berperforma tinggi, para ilmuwan perlu memahami bagaimana sifat-sifat yang berguna, seperti magnet dan kekuatan, berubah dalam kondisi yang keras seperti itu. Namun seringkali, mengukur sifat-sifat ini dengan sensitivitas yang cukup membutuhkan sensor yang dapat menahan gaya penghancur di dalam sel landasan berlian. Dengan mengubah kelemahan atom alami di dalam landasan berlian menjadi sensor kuantum kecil, para ilmuwan telah mengembangkan alat yang membuka pintu ke berbagai eksperimen yang tidak dapat diakses oleh sensor konvensional.
Pada tingkat atom, berlian berutang kekokohannya pada atom karbon yang terikat bersama dalam struktur kristal tetrahedral. Tetapi ketika berlian terbentuk, beberapa atom karbon dapat terlempar keluar dari "situs kisi" mereka, sebuah ruang dalam struktur kristal yang seperti tempat parkir yang ditentukan. Ketika pengotor atom nitrogen yang terperangkap dalam kristal duduk berdekatan dengan tempat kosong, cacat atom khusus terbentuk:pusat kekosongan nitrogen (NV). Para ilmuwan telah menggunakan pusat NV sebagai sensor kecil untuk mengukur magnetisme protein tunggal, medan listrik dari satu elektron, dan suhu di dalam sel hidup.
Untuk memanfaatkan sifat penginderaan intrinsik pusat NV, para peneliti merekayasa lapisan tipisnya langsung di dalam landasan berlian untuk mengambil snapshot fisika di dalam ruang bertekanan tinggi. Setelah menghasilkan lapisan sensor pusat NV dengan ketebalan beberapa ratus atom di dalam berlian sepersepuluh karat, para peneliti menguji kemampuan sensor NV untuk mengukur ruang tekanan tinggi sel landasan berlian.
Sensor memancarkan warna merah cemerlang saat dieksitasi dengan sinar laser. Dengan menyelidiki kecerahan fluoresensi ini, para peneliti dapat melihat bagaimana sensor merespons perubahan kecil di lingkungan mereka. Sensor NV menunjukkan bahwa permukaan landasan berlian yang dulunya datar mulai melengkung di tengah di bawah tekanan — sebuah fenomena yang disebut "bekam", konsentrasi tekanan menuju pusat ujung landasan.
Sekarang setelah mereka mendemonstrasikan bagaimana merekayasa pusat NV menjadi sel landasan berlian, para peneliti berencana untuk menggunakan perangkat untuk mengeksplorasi perilaku magnetik hidrida superkonduktor - bahan yang menghantarkan listrik tanpa kehilangan di dekat suhu kamar pada tekanan tinggi, yang dapat merevolusi cara energi disimpan dan ditransfer.
