大家都知道，電流通過導體時會產生電阻，導致能量損耗。但是，有一些特殊的材料，在低溫下會出現一種奇妙的現象，就是電阻突然變為零，電流可以無損耗地流動，這種現象就叫做超導。超導是一種宏觀的量子效應，它涉及到電子的配對和凝聚，以及晶格的振動。超導材料在低溫下，不僅具有零電阻，還具有完全抗磁性，也就是說它們會排斥外部的磁場，使得磁場無法穿透，這種現象就叫做邁斯納效應。邁斯納效應可以用來制造懸浮的磁鐵，也可以用來屏蔽電磁干擾。

超導材料的挑戰

超導現象是非常有用的，它可以用來制造高效的電力輸送、強大的磁體、快速的計算機等等。但是，超導現象只在低溫下出現，而低溫的制造和維持是非常困難和昂貴的。因此，人們一直在尋找一種高溫超導材料，這樣的材料將會引發一場科技革命，改變人類的生活。

理論上，氫原子是最有可能形成高溫超導的元素，因為它的質量很小，可以產生高頻的晶格振動，從而增強電子的配對。但是，氫原子要變成金屬的狀態，需要非常高的壓力，這在實驗上是很難實現的。因此，人們轉而研究一些富含氫的化合物，比如硫化氫、鑭化氫等，這些化合物在相對較低的壓力下，就可以顯示出超導的性質。近年來，有一些實驗報道了在高壓下發現了氫化物的超導現象，比如硫化氫、鑭化氫、鈰化氫等。其中，鈰化氫的超導臨界溫度達到了260開爾文，是目前已知的最高的。

要證明一個材料是超導體，通常需要兩個方面的證據：一是電阻的消失，二是邁斯納效應的出現。然而，在高壓下進行這樣的測量是非常困難的，因為需要在很小的空間內放置很多的電極和磁線圈，而且還要避免對樣品造成損傷。因此，有些實驗只能測量到電阻的消失，而不能測量到邁斯納效應，這就引起了一些爭議，有人懷疑這些實驗是否真的觀察到了超導，還是由于其他的原因導致了電阻的下降。

超導材料的新方法

最近，一篇發表在《自然》的論文，介紹了一種新的方法，來測量一種富含氫的化合物——鈰超氫化物的超導性質。這種方法使用了一種量子傳感器，這種量子傳感器是用金剛石制成的。金剛石里面有一些氮空位中心，也就是缺少一個碳原子，而用一個氮原子代替的位置。

這些氮空位中心可以發出紅色的熒光，而且對磁場非常敏感。通過調節磁場的強度和方向，可以改變熒光的強度和頻率，從而實現對磁場的測量。這種量子傳感器的優點是，它可以承受非常高的壓力，而且可以實現亞微米的空間分辨率。因此，它可以用來測量超導材料的磁性，從而證實它們的超導性質。

論文的作者就是這樣做的，他們把鈰超氫化物放在一個金剛石壓砧里，也就是一種用兩個鉆石對著的裝置，可以產生高達幾百萬個大氣壓的壓力。然后，他們用一個量子傳感器，來測量鈰超氫化物的磁場分布。他們發現，當溫度降低到一定程度時，鈰超氫化物就會表現出邁斯納效應，也就是磁場被排斥出去，形成一個空白的區域，這就是超導的證據。

同時，他們還發現，樣品內部有一些磁通量被困住了，這說明樣品是一種類型二的超導體，即它可以容忍一定程度的磁場穿透。他們還發現，樣品的超導區域并不均勻，有一些微米級的不均勻性，這可能是由于樣品的結構或者化學組成的變化造成的。

這篇論文的意義

這篇論文的意義是非常重大的，因為它是第一次在高壓下的氫化物超導體中觀察到邁斯納效應，從而消除了之前的爭議，證實了這種材料的超導本質。這也是第一次使用量子傳感器來測量高壓下的超導性，展示了這種方法的優勢和潛力。這篇論文為高溫超導的研究開辟了新的視角和途徑，也為超導的應用提供了新的希望。