氢，在高压之下有着很奇怪的表现。理论预测，当被100万倍大气压的重量碾压时，这种轻的、丰富的、通常为气态的物质先是变成了金属，更奇怪的是，它还会变成超导体——能在临界温度以下以零电阻导电的材料。氢化物是一类超导富氢化合物。一直以来，科学家都十分渴望了解这类材料，并希望能将它们用于实际应用——从悬浮列车到粒子探测器。但在巨大的、持续的压力下研究这些材料的行为根本不现实。
现在，哈佛大学的研究人员认为，他们已经有了一个基本的工具，可以解决如何在高压下测量和研究氢化物超导体的行为这一棘手问题。在新发表于《自然》杂志的论文中，研究人员创造性地将量子传感器集成到一个标准的压力诱导装置中，从而能够直接读出受压材料的电和磁特性。在极端压力下研究氢化物的标准方法是使用一种名为金刚石砧室的装置，它能在两个金刚石切面之间挤压少量物质。
为了检测样品何时被挤压到进入了超导态，物理学家通常会寻找两个特征：一是电阻急剧下降到接近零；二是迈斯纳效应的抗磁性特征，这是当材料进入超导态时，对磁场产生的排斥现象。那么，要如何捕捉这些细节呢？为了施加必需的压力，样品必须由一个密封垫圈固定在适当的位置，使挤压能均匀地分配，然后封闭在一个腔室中。这就很难“看到”内部发生了什么，所以物理学家不得不使用多个样本来分别测量不同的效应。
超导氢化物领域一直存在争议，部分原因是在高压下，许多传统的测量技术都失效了。由于一切都是密闭的，并且处于非常高的压力下，因此实验人员无法直接将传感器或探针插入装置内部，也使得从密闭的腔室中获取局部信息变得异常困难。这导致没人能真正在一个样品中观测到超导的两个特征。
为了解决这个问题，研究人员设计并测试了一种巧妙的方法：他们将一层薄薄的传感器直接集成在金刚石砧室的表面，这些传感器由金刚石原子晶格中自然产生的缺陷制成。他们使用这些被称为氮空位中心的有效量子传感器，在样品受压并进入超导态时，对腔室内的区域进行成像。
为了检验他们所发展的新工具，他们用这项技术来研究最近发现的氢化物超导体——氢化铈，这是一种已知可以在大约100万倍大气压下成为超导体的材料。通过同时进行磁力测定和电输运测量，他们观测到了超导的两种特性。有了这种新的工具，研究人员不仅可以更好地发现新的超导氢化物，还可以更容易地获得现有材料中的神奇特性。