創造性突破！哈佛大學開發出一種超導體性能精準檢測技術

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瞻觀前沿

氫在高壓下的性質表現出了奇異的特性。理論預測，在 100 多萬個大氣壓的壓力下，這種通常是氣态的元素會變成金屬甚至超導體。然而，目前存在的研究手段很難對這些氫化物進行準确測量和研究超導材料的特性。

近日，據《自然》雜志最新一期論文，美國哈佛大學開發了一種精準測量超導體的基礎工具。他們創造性地将量子傳感器集成到标準的壓力感應設備中，從而直接讀出加壓材料的電和磁性質。這款新工具不僅能測量氫化物超導體在高壓下的行為，還能對其成像。

在極端壓力下研究氫化物的标準方法是使用金剛石壓砧儀器，它可在兩個明亮式切割金剛石界面之間擠壓少量材料。為了檢測樣品何時被擠壓到足以超導，通常要尋找兩個特征：電阻降至零，以及對附近任何磁場的排斥作用（又名邁斯納效應）。

想要施加必要的壓力，研究人員必須用一個墊圈将樣品固定住，使擠壓均勻分布，然後将樣品封閉在一個腔室中。但這很難真正觀察到超導電性的雙重特征。

為了解決這個問題，研究人員設計并測試了一種巧妙的改造方式：他們将一層薄薄的傳感器直接集成到金剛石壓砧的表面上。該傳感器是由金剛石原子晶格中自然產生的缺陷制成的。他們使用這些被稱為氮空位中心的有效量子傳感器，在樣品被加壓并進入超導區網域時，對腔内的區網域進行了成像。為證明他們的概念，研究人員使用了氫化铈，這種材料已知在大約 100 萬個大氣壓下會成為超導體。

圖源：美國科學促進會網站

技術價值觀察

新工具不僅可幫助科學家發現新的超導氫化物，還可更容易地研究現有超導材料。新工具處于智能傳感器產業鏈中遊環節。

智能傳感器在工業 4.0 時代扮演着十分重要的角色。随着物聯網在工業領網域的應用推廣，智能傳感器在其中的應用越來越廣泛。智能傳感器是物聯網技術的最底層和最前沿，對物聯網產業發展有着十分重要的意義。從產業鏈來看，智能傳感器上遊主要為設計、原材料以生產設備供應 ; 中遊為智能傳感器器件加工制造與封裝測試 ; 下遊是終端產品制造，其中以消費電子、工業控制、汽車電子、醫療電子等應用領網域為主。

宏觀市場觀察

全國智能傳感器產業市場規模

中國的傳感器項目興起于上個世紀七八十年代，彼時傳感器多為固定性傳感器。2000 年以來，中國傳感器的技術逐漸取得突破，随着計算機技術、通信技術和大規模的集成電路制造技術在傳感器領網域的應用，智能傳感器出現。2018 年，中國的智能傳感器市場規模約為 800 億元。2022 年，中國智能傳感器市場規模突破 1200 億元，年均復合增長率達 8.2%。根據中國信通院數據，預計到 2023 年中國智能傳感器行業市場規模将達 1308.3 億元。

智能傳感器在智能汽車、工業監測、民用建築等領網域的需求潛力較大

智能傳感器作為現代信息產業的重要神經觸角，是新技術革命和信息社會的重要技術基礎，廣泛應用于工業控制、汽車、醫療、物聯網等行業。從我國智能傳感器行業代表性企業產品應用領網域來看，目前，智能傳感器在汽車、工業監測、民用建築、消費電子、智能物聯網等領網域的市場需求潛力較大。

預計需求大幅增長，至 2026 年市場規模近 800 億美元

根據 Allied Market Research 的預測，2020-2027 年，全球智能傳感器市場規模年均增速為 14.3%，預計至 2026 年，全球智能傳感器市場規模接近 800 億美元。

中國智能傳感器技術賽道熱力圖

從我國智能傳感器企業注冊省市分布區網域來看，智能傳感器行業企業主要分布在廣東地區，其次是在江蘇、浙江以及湖南地區，尤其是深圳市成為重點發展區網域。這些城市群已投入大量政策、資金、環境和人才資源用于智能傳感器研發，成為潛在的智能傳感器技術發展中心。重點關注廣東省深圳市、湖南省長沙市等地的相關企業，以及這些地方對智能傳感器產業發展的投資環境和潛力市場。