物性物理学：量子センサーを用いた水素化物超伝導体におけるマイスナー効果の画像化

圧力は、微視的相互作用を直接変化させることによって、凝縮相や地球物理学的現象を探求するための強力な調整つまみとなる。メガバール領域は興味深い未開拓分野であり、この領域では構造相転移や価数相転移だけでなく高温超伝導体などが最近発見されている。しかし、こうした高圧では、従来の測定技術の多くは役に立たなくなる。今回我々は、メガバール圧力において、サブミクロンの空間分解能でダイヤモンドアンビルセル内部の局所磁気測定を実行できる能力を実証する。今回の手法では、アンビル内に直接埋め込まれた窒素空孔色中心の浅い層を用いており、重要なのは、メガバール圧力での機能性を実現するために、窒素空孔中心の固有対称性に適合する結晶カットを選択することである。我々はこの技術を適用して、最近発見された水素化物超伝導体CeH₉の特性を評価した。我々は、磁気測定と電気輸送測定を同時に行うことで、超伝導の2つの特徴、すなわちマイスナー効果の特徴である反磁性と、ゼロ近傍への抵抗の急激な低下を観測した。さらに我々は、反磁性応答と磁束トラップの両方を局所的にマッピングすることによって、超伝導領域の幾何学的形状を直接画像化し、マイクロメートルのスケールの著しい不均一性を明らかにした。今回の成果は、量子センシングをメガバールという未開拓領域に持ち込むもので、超水素化物材料合成の閉ループ最適化を可能にする。

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