論文の概要: Diamond quantum sensing at record high pressure up to 240 GPa
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.26605v1
- Date: Thu, 30 Oct 2025 15:34:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-31 16:05:09.883609
- Title: Diamond quantum sensing at record high pressure up to 240 GPa
- Title（参考訳）: 最大240GPaまでの記録的高圧におけるダイヤモンド量子センシング
- Authors: Qingtao Hao, Ze-Xu He, Na Zuo, Yang Chen, Xiangzhuo Xing, Xiaoran Zhang, Xinyu Zhuang, Zhixiang Shi, Xin Chen, Jian-Gang Guo, Gang-Qin Liu, Xiaobing Liu, Yanming Ma,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を利用した量子センシングは、変換技術として登場している。
NV構成と環境の最近の発展により、NV中心の運用圧力は140 GPa2,6,10,11に上昇した。
チタン(Ti)の超伝導転移をベンチマークとして,Meissner効果と捕捉フラックスを180GPaの超高圧で測定した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.323492453074381
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum sensing utilizing nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond has emerged as a transformative technology for probing magnetic phase transition1-4, evidencing Meissner effect of superconductors1,5-9, and visualizing stress distribution3,9 under extreme conditions. Recent development in NV configurations and hydrostatic environments have raised the operational pressures of NV centers to 140 GPa2,6,10,11, but substantial challenges remain in extending sensing capabilities into multi-megabar range, critical for research in hydrogen-rich superconductors like La-Sc-H ($T_{\text{c}}$ of 271-298 K at 195-266 GPa)12 and evolution of minerals near Earth's core13. Here we report the fabrication of shallow NV centers through ion implantation followed by high-pressure and high-temperature (HPHT) annealing, leading to increased density, improved coherence, and mitigated internal stresses, a pre-requisite for reducing their degradation under compression. This NV magnetometry enable breakthrough of pressure capabilities exceeding 240 GPa, constrained by structural integrity of the 50 um diamond anvils, suggesting that the untapped pressure limit may enable further advancements with smaller cutlets or more robust diamonds. We present compelling evidence of the Meissner effect and trapped flux at record-high pressure of 180 GPa for superconducting transition in elemental titanium (Ti) as benchmark, establishing a solid foundation for high-pressure magnetometry in exploring complex quantum phenomena at previously unreachable pressures.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を利用した量子センシングは、磁気相転移1-4の探索、超伝導体1,5-9のマイスナー効果の導出、極端条件下での応力分布3,9の可視化技術として登場した。
NV構成と静水圧環境の最近の発展により、NV中心の運用圧力は140 GPa2,6,10,11まで上昇したが、La-Sc-H (T_{\text{c}}$ 271-298 K at 195-266 GPa)12のような水素に富んだ超伝導体の研究や、地球コア13付近の鉱物の進化において重要な、センサー能力をマルチメガバー領域に拡張する上で大きな課題が残っている。
本報告では, イオン注入による浅いNV中心の形成と高温・高温熱処理により, 密度の増大, コヒーレンスの改善, 内部応力の緩和, 圧縮下での劣化低減の前提条件について述べる。
このNVマグネトメトリーは、50mのダイヤモンドアンビルの構造的整合性によって制約された240GPaを超える圧力能力の突破を可能にする。
我々は,元素チタン(Ti)の超伝導転移に対するMeissner効果と180 GPaの超高圧における捕捉フラックスの強い証拠をベンチマークとして提示し,それまで到達不能な圧力で複雑な量子現象を探索する上で,高圧磁気メソメトリーの確かな基盤を確立した。
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