麻省理工學(xué)院（MIT）量子工程研究所近日研究出了控制納米金剛石傳感器的新方法，該方法能夠測(cè)量到微磁場(chǎng)的存在。研究成果發(fā)表在Nature Communications上。

       利用這種新的控制技術(shù)，微型金剛石傳感器可以探測(cè)某時(shí)間段內(nèi)磁場(chǎng)的變化，比如大腦中的神經(jīng)元相互間是如何傳輸電信號(hào)的；同時(shí)還可以精確測(cè)量一些新型材料所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，比如用于高端透鏡的超材料（具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料）和“隱身衣”材料。

       早在08年麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)以及其他一些研究機(jī)構(gòu)就研究出人造金剛石的一些缺陷可以用于磁傳感器技術(shù)。MIT核科學(xué)和工程所的Paola Cappellaro教授介紹，氮空位中心（NV）是金剛石與生俱來(lái)的缺陷，它對(duì)外部的磁場(chǎng)有著非常敏感的特性，就像羅盤(pán)能夠根據(jù)磁場(chǎng)來(lái)判別方向一樣。NV中心也叫做金剛石色心，能夠放射出特定的顏色，紫色、黃色、粉色等。一顆鉆石能夠發(fā)出光彩絢麗的光芒其實(shí)就是它本身的內(nèi)部缺陷在起作用。當(dāng)金剛石內(nèi)部的諸多NV中心被光束照射時(shí)，NV就會(huì)發(fā)出一種紅光。

       為研究新的傳感器控制技術(shù)，Cappellaro的團(tuán)隊(duì)首先用綠光束照射金剛石，直到有紅色光束發(fā)出，這樣便確定了一個(gè)NV中心的具體位置。接著科學(xué)家在納米金剛石傳感器上施加微波場(chǎng)，以此來(lái)操縱NV中心的電子自旋；這樣以來(lái)就改變了NV中心放射的光束強(qiáng)度，把光強(qiáng)度調(diào)節(jié)到了既依賴微波場(chǎng)又依賴外部磁場(chǎng)的程度。

       為測(cè)量外部磁場(chǎng)以及某時(shí)間段內(nèi)的磁場(chǎng)變化，研究者通過(guò)對(duì)納米傳感器施以微波脈沖來(lái)改變NV中心電子自旋的方向。通過(guò)這些不同系列的脈沖，工作人員搜集到了有效的外部磁場(chǎng)信息。然后，再利用信號(hào)處理技術(shù)對(duì)這些信息進(jìn)行編譯并用于整個(gè)磁場(chǎng)的重建。“通過(guò)重建動(dòng)態(tài)外部磁場(chǎng)，我們了解到更多關(guān)于磁場(chǎng)構(gòu)建本身的基本現(xiàn)象”， Cappellaro說(shuō)。

       實(shí)驗(yàn)采用了直徑為3mm的金剛石方塊作為樣品；而技術(shù)理論上，科學(xué)家能夠應(yīng)用大小僅10nm的納米金剛石來(lái)試驗(yàn)。工作者嘗試將神經(jīng)元植在金剛石傳感器上，讓傳感器來(lái)探測(cè)神經(jīng)元發(fā)出的磁場(chǎng)信息。

       在之前的實(shí)驗(yàn)中，研究者利用電極來(lái)刺激神經(jīng)元，并探測(cè)發(fā)出的磁場(chǎng)信息。但是植入電極的方法是一種很明顯的侵襲行為，神經(jīng)元在被植入電極后是否受到了影響、能否像原來(lái)一樣正常運(yùn)作就成未知的行為。而金剛石傳感器由于其碳結(jié)構(gòu)的特性，在其被植入細(xì)胞后完全是非侵襲技術(shù)，不會(huì)對(duì)細(xì)胞和神經(jīng)元造成任何影響和傷害。

       Cappellaro解釋道，金剛石傳感器的NV中心可以設(shè)計(jì)成一個(gè)排列，有序的對(duì)神經(jīng)元的位置進(jìn)行定位并探測(cè)，這樣一來(lái)，神經(jīng)元之間的信號(hào)傳輸就成功被探測(cè)到并破解。

       在評(píng)價(jià)研究成果時(shí)，Cappellaro說(shuō)：將來(lái)，納米金剛石傳感器可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的即時(shí)腦活動(dòng)傳感，探測(cè)并了解大腦是如何工作的。盡管前途還有很多未知，但金剛石這一科技寵兒已經(jīng)并正在給我們的研究帶來(lái)不斷的驚喜和進(jìn)步。（編譯自‘Researchers develop new method to control nanoscale diamond sensors’）