La presión es un parámetro fundamental que altera las propiedades de la materia: el oxígeno se vuelve metálico y los hidruros se vuelven superconductores. El yunque de diamante (una celda con dos diamantes que comprimen la muestra) genera cientos de gigapascales, pero dentro de la cámara la presión se distribuye de manera desigual. Los métodos clásicos, como la fluorescencia del rubí o la difracción, proporcionan un valor puntual o una imagen promediada. Este trabajo se suma a investigaciones donde los nanodiamantes ya se han utilizado como sensores de campos magnéticos y temperatura en yunques de diamante, pero aquí, por primera vez, se construye un mapa de presión en todo el volumen de la cámara.
En la cámara del yunque de diamante, con un diámetro de área de trabajo de 260 µm, se colocaron nanodiamantes de 50 nm con centros de nitrógeno-vacante, además de rubí para calibración y una muestra de hierro. El medio transmisor de presión fue cloruro de sodio. Se usaron dos configuraciones de apilamiento: en una, los nanodiamantes yacían directamente sobre el diamante; en la otra, se cubrían con una capa de sal por encima. La muestra se irradió con un láser verde (532 nm) y microondas, registrando la fluorescencia roja con una cámara CMOS. Para cada punto de la cámara se obtuvo un espectro de resonancia magnética detectable ópticamente y se ajustó con modelos de compresión hidrostática o uniaxial.
En la configuración con una sola capa de sal (los nanodiamantes tocan el diamante), los espectros resultaron asimétricos. El modelo de compresión uniaxial dio una presión axial de 22,1 GPa y una transversal de 12,5 GPa, es decir, una anisotropía de 1,77. En toda la cámara, la presión axial varió de 14 a 30 GPa, la transversal de 10 a 20 GPa, y la relación de presiones cayó de 1,6–1,8 en el centro a 1,4 en los bordes. En la configuración con dos capas de sal, los espectros fueron simétricos y el modelo hidrostático dio una presión de 17–20 GPa, consistente con la calibración con rubí (20,0 GPa). La anisotropía en este caso fue de 1,2–1,5, notablemente menor.
El trabajo demuestra que los nanodiamantes pueden usarse como un sensor distribuido de presión con resolución micrométrica dentro de un yunque de diamante. A diferencia de estudios vecinos, donde los nanodiamantes se emplean principalmente para medir campos magnéticos o temperatura, aquí se obtiene por primera vez un mapa completo de la no hidrostaticidad en la cámara a 20 GPa. El método no requiere óptica compleja y es compatible con la microscopía de campo amplio, lo que lo hace rápido y conveniente para experimentos rutinarios.
La técnica podría extenderse a la medición simultánea de presión, temperatura y campo magnético en una misma cámara. Es posible utilizar nanodiamantes con diferentes tamaños u orientaciones para mejorar la precisión. En el futuro, el método podría aplicarse al estudio de transiciones de fase y superconductividad bajo presión, donde la homogeneidad local de la compresión es importante.
El método será útil en física de altas presiones, ciencia de materiales y geofísica, donde se necesita controlar las condiciones de compresión de la muestra. También podría acelerar la búsqueda de nuevos superconductores, ya que permitiría verificar rápidamente la hidrostaticidad en la cámara.
El siguiente paso es calibrar el método a presiones más altas (hasta 100 GPa) y probar su funcionamiento con otros medios transmisores de presión. También conviene investigar la influencia del tamaño de los nanodiamantes y su concentración en la precisión de los mapas.
En la física de altas presiones sigue abierta la cuestión de cómo afecta la no hidrostaticidad a los resultados de las mediciones de propiedades de los materiales. Este trabajo proporciona una herramienta para cuantificar dicha no hidrostaticidad, lo que puede ayudar a interpretar experimentos sobre superconductividad y transiciones de fase.
Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.
Qué hace el trabajo
El trabajo demuestra el uso de nanodiamantes con centros NV para construir un mapa de distribución de presión en una celda de yunques de diamante a ~20 GPa. Se comparan dos configuraciones de apilamiento del medio: con una y dos capas de NaCl, mostrando que la segunda opción proporciona condiciones más hidrostáticas. Se obtuvieron mapas micrométricos de presión axial y transversal, y se reveló anisotropía.
Dónde está su fuerza
Por primera vez se ha obtenido un mapa completo de la no hidrostaticidad dentro de una cámara de alta presión con resolución micrométrica, utilizando óptica de campo amplio y una cámara CMOS, lo que hace que el método sea rápido y adecuado para experimentos rutinarios.
Hacia dónde puede avanzar
Vale la pena probar
Por qué puede importar
El método podría convertirse en una herramienta estándar para controlar las condiciones en experimentos de alta presión, especialmente en investigaciones de superconductividad y transiciones de fase, donde la homogeneidad de la presión es crucial.
Trabajos cercanos en nuestro archivo
El archivo está vacío alrededor de este trabajo: el análisis más cercano queda en 0.55, frente a un 0.64 habitual. Parece que aquí al lado casi nadie ha perforado.
Los nanodiamantes de 50 nm son tan pequeños que en un milímetro cúbico caben unos 8 billones. A 20 GPa, la distancia entre átomos en el diamante se reduce aproximadamente un 1,5%, pero el centro de nitrógeno-vacante sigue siendo estable y continúa emitiendo luz.