目前高壓技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于許多領(lǐng)域，包括物理學(xué)、材料科學(xué)、地球物理和化學(xué)等。近年來(lái)高壓下氫化物體系實(shí)現了近室溫超導，引起了極大的關(guān)注。然而，原位高分辨磁測量一直是高壓科學(xué)研究的難題并制約著(zhù)高壓超導邁斯納效應和磁性相變行為研究的進(jìn)展。傳統的高壓磁測量手段，如超導量子干涉儀，難以實(shí)現金剛石對頂砧中較高壓力下的微米級樣品的弱磁信號的高分辨率原位探測。為了解決這一關(guān)鍵核心難題，金剛石氮-空位色心（NV色心）的光探測磁共振技術(shù)已被證實(shí)可用于原位高壓磁探測研究。但是，由于NV色心具有四個(gè)軸向，并且其電子自旋的零場(chǎng)分裂對溫度依賴(lài)，不利于分析和解釋測量得到的光探測磁共振譜。 

　　針對高壓磁探測的難題，研究團隊對碳化硅色心自旋體系進(jìn)行研究，發(fā)現碳化硅色心可以用于高壓磁探測研究(Nano Lett., 22, 9943(2022))。在此基礎上，研究團隊進(jìn)一步加工了碳化硅對頂砧（替代常用的金剛石對頂砧），在碳化硅砧面上通過(guò)離子注入產(chǎn)生淺層硅空位色心，并利用淺層色心實(shí)現高壓下的原位磁性探測。碳化硅中的硅空位色心只有單個(gè)軸向，由于其電子結構的特殊對稱(chēng)性，該色心電子自旋的零場(chǎng)分裂對溫度不敏感，能夠很好地避免金剛石NV色心在高壓傳感應用中的溫變問(wèn)題。 

　　研究團隊研究了硅空位色心在高壓下的光學(xué)和自旋性質(zhì)，發(fā)現其光譜會(huì )發(fā)生藍移，而且其自旋零場(chǎng)分裂值隨壓力變化很小（0.31 MHz/GPa），遠小于金剛石NV色心的變化斜率14.6 MHz/GPa，這將有利于測量和分析高壓下的光探測磁共振譜。基于此，研究組通過(guò)硅空位色心光探測磁共振技術(shù)觀(guān)測到了釹鐵硼（Nd₂Fe₁₄B）磁體在7 GPa左右的壓致磁相變，并測量得到釔鋇銅氧（YBa₂Cu₃O_6.6）超導體的臨界溫度-壓力相圖。

　　該實(shí)驗發(fā)展了基于固態(tài)色心自旋的高壓原位磁探測技術(shù)。相對于金剛石，碳化硅材料加工工藝成熟，可大尺寸生長(cháng)和制備，價(jià)格便宜，其制備的壓砧在低壓區可以提供更大的樣品體積。在這些碳化硅壓砧中集成磁傳感器為高壓超導磁探測以及磁性材料相變研究提供了一個(gè)優(yōu)異的研究平臺。 

　　該工作得到審稿人的高度評價(jià)：“我發(fā)現這項工作非常有趣，通過(guò)展示碳化硅中室溫自旋缺陷作為原位高壓傳感器的使用，我認為這項工作可以為使用碳化硅對頂砧的量子材料的新研究打開(kāi)大門(mén)。” 

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01477-5 

　　相關(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03378