2019年，美國、法國、中國科研團隊相繼在Science發表成果，正式將NV色心量子傳感引入高壓科學，開啟了高壓量子精密測量的黃金時代[2,3,4]。本次研究正是該技術路線的集大成之作——研究團隊將氮空位（NV）色心量子傳感器集成于金剛石對頂砧（DAC），在高壓環境下實現了La?Ni?O?局域邁斯納效應的微米級原位成像，為高壓超導機理研究樹立全新。 作為銅基高溫超導的關鍵類比體系，La?Ni?O?在高壓下可實現 80K 液氮溫區以上超導，卻長期深陷超導行為不均、信號微弱、呈 “絲狀"分布的困境，其微觀成因始終懸而未決。而傳統高壓測試手段難以實現局域微觀成像，無法定位異質性源頭，成為領域內的技術瓶頸 核心創新：三大突破重塑高壓超導研究范式 1、創新高壓原位多模態量子成像技術 團隊開發DAC內嵌NV量子傳感器+寬場ODMR光譜聯用技術，在微米級分辨率下，實現三大關鍵物性同步、原位、無損成像： 樣品局域抗磁響應（邁斯納效應） 三維應力張量（正應力+剪切應力） 微區化學計量比（元素比例） 該技術打破傳統高壓測量“宏觀平均、微觀模糊"的局限，讓材料結構與功能的關聯可被直接觀測。 2、揭示超導非均勻性的微觀根源 通過像素級多模態數據關聯，研究較早明確La?Ni?O?超導信號微弱、呈“絲狀"分布的核心原因： 剪切應力淬滅超導：剪切應力＞2 GPa時，超導性被直接消除，是超導異質性的關鍵誘因。 化學計量比決定超導性能：僅La:Ni=3:2的精準配比區域，才能呈現優化超導特性。 3、構建三維全參數超導相圖 突破傳統“單軸壓力"的簡化描述，研究以樣品自身局域不均勻性為天然數據庫，較早構建溫度–正應力–剪切應力三維連續超導相圖，為高壓超導的精準調控提供完整理論框架。 核心實驗圖示 NVDAC高壓下微米級結構功能映射。a：高壓下亞微米級磁響應成像，關聯應力與化學成分。b：樣品加載示意圖。 c：樣品與傳壓介質白光圖像。 d：NV電子基態自旋能級隨外磁場變化示意圖。e：20 K、97 G下的ODMR譜線特征。 多模態關聯與三維超導相圖。 a：樣品表面化學計量比分布（能量色散X射線光譜）。 b：超導區域局域正應力特征。e：優化正應力下剪應力矢量分布 f：溫度–正應力–剪應力三維超導相圖。 g/h：二維相圖投影，清晰界定超導區間。 高壓NV量子傳感經典應用案例 案例一 磁鐵礦Fe?O?高壓磁相變原位成像[5] 2024年，中科院微觀磁共振重點實驗室基于NV量子傳感，研發出可耐受100 GPa（百萬大氣壓）的超高壓磁成像技術，實現~1 μT/√Hz高靈敏度與亞微米級空間分辨率。該技術成功揭示：室溫下隨壓力升高，磁鐵礦從亞鐵磁性→弱鐵磁性→順磁性連續轉變，為地球深部礦物磁性研究提供全新實驗手段。 Fe?O?相變時的ODMR成像圖 案例二 富氫化合物CeH?邁斯納效應量子傳感成像[6] 鈰氫化物CeH?是百萬大氣壓下少數轉變溫度超90 K的富氫超導體，但其超導性長期缺乏邁斯納效應的直接驗證。2024年，吉林大學黃曉麗團隊聯合哈佛大學N. Y. Yao團隊，在140 GPa創紀錄高壓下，利用NV量子傳感較早直接成像CeH?邁斯納效應，證實其超導特性并發現磁通釘扎磁滯現象，明確其II類超導體本質，為富氫化物超導可靠性提供關鍵證據。 NV色心磁測量及電輸運測量的DAC裝置示意圖。bc：樣品四個點進行ODMR變溫實驗。四點法測電阻表明超導轉變溫度為91K。 國產精密裝備：國儀量子高壓NV顯微系統 近期，國儀量子重磅推出高壓NV顯微鏡，作為先進的高壓NV磁場成像系統，良好支撐前沿研究，核心參數達到先進水平。該系統可實現寬壓力范圍、高靈敏度磁成像，為非常規超導、拓撲物態、條件物性研究提供國產化核心裝備。 展望未來：逐光室溫超導，量子傳感賦能前行 室溫超導，被譽為凝聚態物理學領域的“圣杯"，而高壓技術，正是解鎖這一前沿目標的核心關鍵路徑。從富氫化物超導領域的學術爭議與突破，到鎳基超導機理的關鍵性進展；從LK-99引發的全球科研熱議，到高壓量子傳感技術的迭代升級，科研工作者們始終扎根條件，執著探索物質的本質規律與未知特性。如今，超導轉變溫度正穩步攀升，實現超導所需的壓力條件也不斷降低[7]，這一系列突破讓我們對室溫超導的實現充滿無限期待。 高壓NV顯微鏡憑借量子級的測量精度、微米級的成像能力，以及高壓環境下原位觀測的獨特優勢，已然成為高壓科學與超導研究領域的改進型工具。我們堅信，隨著技術的持續迭代與創新，高壓NV顯微鏡將持續為科研工作者賦能，助力人類逐步揭開室溫超導的神秘面紗，讓人類在條件下物質物性的探索之路，走得更穩、更遠、更深入。