利用纳米量子传感器在高压下成像应力与磁性
介观与纳米尺度物理
2019-12-17 v1 材料科学
量子物理
摘要
压力改变物质的物理、化学与电子性质。金刚石对顶砧(DAC)的发展使得桌面实验能够研究从行星内部性质到量子力学相之间转变的多样高压现象。在这项工作中，我们引入并利用了新颖的纳米尺度传感平台，其将氮-空位(NV)色心直接集成于金刚石对顶砧的砧面(尖端)内。我们通过对应力场与磁性进行衍射极限成像(~600 nm)，直至约 30 GPa 压力、25–340 K 温度范围，展示了该平台的多功能性。对于前者，我们以 <0.01 GPa 的精度量化全部六个(正应力和剪应力)应力分量，为表征压力下固体与流体的强度及有效黏度提供了独特的新能力。对于后者，我们展示了偶极精度 <10^{-11} emu 的矢量磁场成像，使我们能够测量铁中压力驱动的 相变以及钆的复杂压力-温度相图。除直流矢量磁强计外，我们强调了一种使用 T1 噪声谱的互补 NV 传感模态；关键在于，这证明了我们即使在无静态磁特征的情况下也能表征相变。通过将原子尺度传感器直接集成到 DAC 中，我们的平台实现了高压下弹性、电学与磁学现象的原位成像。
引用
@article{arxiv.1812.08796,
title = {Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor},
author = {S. Hsieh and P. Bhattacharyya and C. Zu and T. Mittiga and T. J. Smart and F. Machado and B. Kobrin and T. O. Höhn and N. Z. Rui and M. Kamrani and S. Chatterjee and S. Choi and M. Zaletel and V. V. Struzhkin and J. E. Moore and V. I. Levitas and R. Jeanloz and N. Y. Yao},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.08796},
year = {2019}
}
备注
18 + 50 pages, 4 + 19 figures