Sensor Kuantum Ungkap Transformasi Materi di Bawah Tekanan Ekstrem
Sel analis berlian telah memungkinkan para ilmuwan merekonstruksi fenomena ekstrim, seperti tekanan menghancurkan di dalam mantel Bumi, atau untuk memungkinkan reaksi kimia yang hanya dapat dipicu oleh tekanan intens, semuanya dalam batas alat laboratorium. Untuk mengembangkan materi baru berkinerja tinggi, para ilmuwan perlu memahami bagaimana properti berguna, seperti magnetisme dan kekuatan, berubah di bawah kondisi yang keras ini. Namun seringkali, mengukur properti ini dengan cukup sensitif membutuhkan sensor yang dapat menahan gaya menghancurkan di dalam sel analis berlian. Dengan mengubah cacat atom alami di dalam anvil berlian menjadi sensor kuantum kecil, para ilmuwan telah mengembangkan alat yang membuka pintu ke berbagai eksperimen yang tidak dapat diakses oleh sensor konvensional.
Di tingkat atom, berlian harus kokohnya pada atom karbon yang terikat bersama dalam struktur kristal tetrahedral. Namun saat berlian terbentuk, beberapa atom karbon dapat terguncang dari “situs jaringannya,” sebuah ruang dalam struktur kristal yang seperti tempat parkir yang ditetapkan untuk mereka. Ketika atom nitrogen yang terperangkap di dalam kristal berada di samping situs kosong, cacat atom khusus terbentuk: pusat nitrogen-vakansi (NV). Para ilmuwan telah menggunakan pusat NV sebagai sensor kecil untuk mengukur magnetisme satu protein, medan listrik dari satu elektron, dan suhu di dalam sel hidup.
Untuk memanfaatkan properti sensoring intrinsik dari pusat NV, para peneliti merancang lapisan tipis dari mereka secara langsung di dalam anvil berlian untuk mengambil tangkapan layar fisika di dalam ruang tekanan tinggi. Setelah menghasilkan lapisan sensor pusat NV beberapa ratus atom tebal di dalam berlian satu persepuluh karat, para peneliti menguji kemampuan sensor NV untuk mengukur ruang tekanan tinggi sel analis berlian.
Sensor bersinar warna merah cerah saat diangsir dengan cahaya laser. Dengan mengecek kecerahan fluoresensi ini, para peneliti dapat melihat bagaimana sensor merespons perubahan kecil dalam lingkungannya. Sensor NV menunjukkan bahwa permukaan datar anvil berlian mulai melengkung di pusat di bawah tekanan — fenomena yang disebut “cupping,” konsentrasi tekanan menuju pusat ujung anvil.
Sekarang setelah mereka telah menunjukkan bagaimana merancang pusat NV ke dalam sel analis berlian, para penelti berencana menggunakan perangkat untuk mengeksplorasi perilaku magnetik hidrida superkonduktor — materi yang menghantarkan listrik tanpa kehilangan dekat suhu ruang pada tekanan tinggi, yang dapat merevolusi cara energi disimpan dan ditransfer.
