Внутри алмазной наковальни — устройства, где два алмаза сжимают образец до сотен гигапаскалей — давление распределено неравномерно. Одни участки сжаты сильнее, другие слабее. Это влияет на результаты экспериментов: вещество может повести себя иначе, чем при идеально равномерном сжатии. До недавнего времени карту давления в камере можно было построить лишь по отдельным точкам — например, по свечению рубина. Теперь японские физики разбросали по камере крошечные алмазные зёрна с азот-вакансионными центрами (дефект в алмазе: азот рядом с пустотой) и заставили их работать как барометры.
Каждый наноалмаз размером 50 нанометров — это миниатюрный датчик. Под зелёным лазером и микроволновым излучением он испускает красный свет, форма спектра которого зависит от того, насколько сильно и равномерно сжат кристалл. В одной конфигурации наноалмазы лежали прямо на поверхности алмаза, и тогда спектры оказались асимметричными: модель одноосного сжатия дала осевое давление 22,1 ГПа, а поперечное — всего 12,5 ГПа. Анизотропия (отношение давлений) достигла 1,77. В другой конфигурации наноалмазы закрыли слоем соли сверху, и спектры стали симметричными: гидростатическая модель показала давление 17–20 ГПа, что согласуется с рубиновой калибровкой (20,0 ГПа). Анизотропия упала до 1,2–1,5.
Такой подход впервые дал полную карту негидростатичности в камере с микронным разрешением. Раньше наноалмазы использовали в основном как датчики магнитных полей или температуры, а давление измеряли в отдельных точках. Теперь же видно, как меняется сжатие от центра к краям: в конфигурации с одним слоем соли осевое давление менялось от 14 до 30 ГПа, а отношение давлений падало от 1,6–1,8 в центре до 1,4 у краёв. Это прямое указание на то, как способ укладки среды, передающей давление (вещество, равномерно распределяющее сжатие), влияет на гидростатичность (одинаковое давление во всех направлениях).
Метод не требует сложной оптики и совместим с широкопольной микроскопией, что делает его быстрым и удобным для рутинных экспериментов. В перспективе можно одновременно измерять давление, температуру и магнитное поле в одной камере, а также проверять гидростатичность при более высоких давлениях — до 100 ГПа. Это важно для поиска новых сверхпроводников и изучения фазовых переходов, где локальная однородность сжатия играет ключевую роль.
Наноалмазы размером 50 нм настолько малы, что в одном кубическом миллиметре их помещается около 8 триллионов. При давлении 20 ГПа расстояние между атомами в алмазе уменьшается примерно на 1,5%, но азот-вакансионный центр всё равно остаётся стабильным и продолжает светиться.