高压NV显微镜，量子传感新突破
近日，国际顶级期刊Nature在线发表了关于镍酸盐La₃Ni₂O₇超导非均匀性起源的里程碑研究[1]。该工作由哈佛大学N. Y. Yao与波士顿大学C. R. Laumann团队领衔，联合爱荷华州立大学V. I. Levitas等多机构合力完成，依托高压NV量子传感技术，首次从微观尺度揭开了高压超导异质性的核心秘密。
2019年，美国、法国、中国科研团队相继在Science发表成果，正式将NV色心量子传感引入高压科学，开启了高压量子精密测量的黄金时代[2,3,4]。本次研究正是该技术路线的集大成之作——研究团队将氮空位（NV）色心量子传感器集成于金刚石对顶砧（DAC），在高压环境下实现了La₃Ni₂O₇局域迈斯纳效应的微米级原位成像，为高压超导机理研究树立全新标杆。
作为铜基高温超导的关键类比体系，La₃Ni₂O₇在高压下可实现 80K 液氮温区以上超导，却长期深陷超导行为不均、信号微弱、呈 “丝状”分布的困境，其微观成因始终悬而未决。而传统高压测试手段难以实现局域微观成像，无法定位异质性源头，成为领域内公认的技术瓶颈
核心创新：三大突破重塑高压超导研究范式
1、首创高压原位多模态量子成像技术
团队开发DAC内嵌NV量子传感器+宽场ODMR光谱联用技术，在微米级分辨率下，实现三大关键物性同步、原位、无损成像：
样品局域抗磁响应（迈斯纳效应）
三维应力张量（正应力+剪切应力）
微区化学计量比（元素比例）
该技术彻底打破传统高压测量“宏观平均、微观模糊”的局限，让材料结构与功能的关联可被直接观测。
2、揭示超导非均匀性的微观根源
通过像素级多模态数据关联，研究首次明确La₃Ni₂O₇超导信号微弱、呈“丝状”分布的核心原因：
剪切应力淬灭超导：剪切应力＞2 GPa时，超导性被直接消除，是超导异质性的关键诱因。
化学计量比决定超导性能：仅La:Ni=3:2的精准配比区域，才能呈现最优超导特性。
3、构建三维全参数超导相图
突破传统“单轴压力”的简化描述，研究以样品自身局域不均匀性为天然数据库，首次构建温度–正应力–剪切应力三维连续超导相图，为高压超导的精准调控提供完整理论框架。
核心实验图示
NVDAC高压下微米级结构功能映射。a：高压下亚微米级磁响应成像，关联应力与化学成分。
b：样品加载示意图。 c：样品与传压介质白光图像。d：NV电子基态自旋能级随外磁场变化示意图。
e：20 K、97 G下的ODMR谱线特征。
多模态关联与三维超导相图。 a：样品表面化学计量比分布（能量色散X射线光谱）。b：超导区域局域正应力特征。
e：最优正应力下剪应力矢量分布f：温度–正应力–剪应力三维超导相图。 g/h：二维相图投影，清晰界定超导区间。
高压NV量子传感经典应用案例
案例一 磁铁矿Fe₃O₄高压磁相变原位成像[5]
2024年，中科院微观磁共振重点实验室基于NV量子传感，研发出可耐受100 GPa（百万大气压）的超高压磁成像技术，实现~1 μT/√Hz高灵敏度与亚微米级空间分辨率。该技术成功揭示：室温下随压力升高，磁铁矿从亚铁磁性→弱铁磁性→顺磁性连续转变，为地球深部矿物磁性研究提供全新实验手段。
Fe₃O₄相变时的ODMR成像图
案例二 富氢化合物CeH₉迈斯纳效应量子传感成像[6]
铈氢化物CeH₉是百万大气压下少数转变温度超90 K的富氢超导体，但其超导性长期缺乏迈斯纳效应的直接验证。2024年，吉林大学黄晓丽团队联合哈佛大学N. Y. Yao团队，在140 GPa创纪录高压下，利用NV量子传感首次直接成像CeH₉迈斯纳效应，证实其超导特性并发现磁通钉扎磁滞现象，明确其II类超导体本质，为富氢化物超导可靠性提供关键证据。
NV色心磁测量及电输运测量的DAC装置示意图。bc：样品四个点进行ODMR变温实验。四点法测电阻表明超导转变温度为91K。
国产高端装备：国仪量子高压NV显微系统
近期，国仪量子重磅推出高压NV显微镜，作为全球领先的高压NV磁场成像系统，完美支撑前沿研究，核心参数达到国际先进水平。该系统可实现宽压力范围、高灵敏度磁成像，为非常规超导、拓扑物态、极端条件物性研究提供国产化核心装备。
展望未来：逐光室温超导，量子传感赋能前行
室温超导，被誉为凝聚态物理学领域的“终极圣杯”，而高压技术，正是解锁这一前沿目标的核心关键路径。从富氢化物超导领域的学术争议与突破，到镍基超导机理的关键性进展；从LK-99引发的全球科研热议，到高压量子传感技术的迭代升级，科研工作者们始终扎根极端条件，执着探索物质的本质规律与未知特性。如今，超导转变温度正稳步攀升，实现超导所需的压力条件也不断降低[7]，这一系列突破让我们对室温超导的实现充满无限期待。
高压NV显微镜凭借量子级的测量精度、微米级的成像能力，以及高压环境下原位观测的独特优势，已然成为高压科学与超导研究领域的革命性工具。我们坚信，随着技术的持续迭代与创新，高压NV显微镜将持续为科研工作者赋能，助力人类逐步揭开室温超导的神秘面纱，让人类在极端条件下物质物性的探索之路，走得更稳、更远、更深入。
参考文献：
1. Mandyam, S. V. et al. Uncovering origins of heterogeneous superconductivity in La₃Ni₂O₇. Nature 651, 54–60 (2026).
2. Lesik, M. et al. Magnetic measurements on micrometer-sized samples under high pressure using designed NV centers. Science 366, 1359–1362 (2019).
3. Hsieh, S. et al. Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor. Science 366, 1349–1354 (2019).
4. Yip, K. Y. et al. Measuring magnetic field texture in correlated electron systems under extreme conditions. Science 366, 1355–1359 (2019).
5. Wang, M. et al. Imaging magnetic transition of magnetite to megabar pressures using diamond anvil cell. Nat. Commun. 15, 8843 (2024).
6. Bhattacharyya, P. et al. Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors. Nature 627, 73–79 (2024).
7. Prasankumar, R. P. et al. The path to room-temperature superconductivity: A programmatic approach. Proc. Natl. Acad. Sci. 123, e2520324123 (2026).
