日本科學(xué)家近日在研究柱狀納米金剛石結(jié)構(gòu)的發(fā)冷光增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，底部裝配金屬反射鏡的傘狀納米金剛石結(jié)構(gòu)是一種更為高效的光子“收集器”，其光子收集效果比其它形狀結(jié)構(gòu)的收集效果要高出許多。東京技術(shù)研究所的工作人員將納米金剛石結(jié)構(gòu)“扭”成傘狀，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其熒光強(qiáng)度比塊狀金剛石熒光強(qiáng)度高出四到五倍左右。
       研究人員在帶孔金屬掩膜上采用自下而上的制備技術(shù)實(shí)現(xiàn)傘狀納米金剛石結(jié)構(gòu)的有選擇性、各向異性生長。金屬掩膜充當(dāng)反射鏡，對金剛石結(jié)構(gòu)呈自對準(zhǔn)。        Mutsuko Hatano教授介紹到：我們制備的傘狀納米結(jié)構(gòu)和浸沒透鏡的原理類似，減少了金剛石結(jié)構(gòu)上部表面的全反射，將發(fā)射光線積聚在結(jié)構(gòu)的頂部位置。而自對準(zhǔn)鏡面則把光線反射至納米結(jié)構(gòu)的下部表面，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了光線收集的效率。
       該研究的意義在于通過改善氮空位（NV）中心的光子收集效率就可以增強(qiáng)傘狀納米金剛石結(jié)構(gòu)的熒光強(qiáng)度。NV中心是金剛石結(jié)構(gòu)的一種點(diǎn)缺陷，在此卻成就了光致發(fā)光的特性。
       NV中心擁有光學(xué)初始化、自旋態(tài)檢測、穩(wěn)定且強(qiáng)烈的熒光性以及室溫下較長的相干時間等特性，可用于下一代自旋基量子設(shè)備，如磁力儀、量子計算機(jī)和生物觀測等。單個NV中心其實(shí)就是量子計算機(jī)的一個基本單元。
       增強(qiáng)熒光強(qiáng)度是改善NV中心光子收集效率的一個基本要求。由于金剛石的折射率較高（2.4），塊狀金剛石結(jié)構(gòu)中的NV中心的光子收集效率就比較低。換而言之，金剛石在較低折射率環(huán)境下就可以充當(dāng)高效光波導(dǎo)。
       在實(shí)際應(yīng)用方面，該研究可用于生物觀測領(lǐng)域的高靈敏磁傳感器、量子計算機(jī)的計算科學(xué)以及密碼保護(hù)通訊等。下一步，Hatano和同事將進(jìn)一步探索對納米結(jié)構(gòu)形狀制備技術(shù)的更好控制，通過優(yōu)化化學(xué)氣相沉積生長環(huán)境制備出表面更加光滑的金剛石結(jié)構(gòu)。