鉆石納米晶體（中心右側(cè)的白色物體）用于繪制粒子周圍的磁場(chǎng)（中心的紅色物體）。顆粒漂浮在離子液體的淺浴中。通過使用施加到電極（4個(gè)發(fā)光棒）的電壓使液體流動(dòng)，可以高精度地移動(dòng)顆粒（虛線）。插圖：鉆石納米晶體核心的NV中心對(duì)入射的綠色激光，射頻波（洋紅色）和附近微粒的磁性作出反應(yīng)。如果所有這些字段都具有正確的值，則NV中心將發(fā)出紅光。觀察到的光提供了微粒子磁場(chǎng)的量度。

       測(cè)量微弱的磁場(chǎng)是一項(xiàng)價(jià)值數(shù)萬億美元的業(yè)務(wù)。從硬幣大小的芯片中存儲(chǔ)和快速檢索的千兆字節(jié)數(shù)據(jù)是消費(fèi)電子產(chǎn)品的核心。通過增強(qiáng)磁檢測(cè)靈敏度可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)密度 - 可能低至納特斯拉水平。

       更高的磁敏感性在許多科學(xué)領(lǐng)域也是有用的，例如DNA或病毒等生物分子的鑒定。這項(xiàng)研究通常必須在溫暖潮濕的環(huán)境中進(jìn)行，不能在干凈的環(huán)境或低溫條件下進(jìn)行。JQI科學(xué)家通過開發(fā)在流體環(huán)境中運(yùn)行的鉆石傳感器來解決這一問題。該傳感器制作小顆粒（實(shí)際生物分子的替代品）的磁圖（具有17微特斯拉靈敏度），空間分辨率約為50 nm。這可能是微流體在室溫下進(jìn)行的最靈敏的磁測(cè)量。

       JQI科學(xué)家Edo Waks（馬里蘭大學(xué)教授）及其同事進(jìn)行的新實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在NanoLetters期刊上。

       鉆石NV中心！

       傳感器的核心是微小的鉆石納米晶體。當(dāng)這種金剛石接近磁性粒子同時(shí)沐浴在激光和微妙的微波信號(hào)中時(shí)，它將以與粒子自身磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例的方式發(fā)出熒光。因此來自鉆石的光用于映射磁力。

       鉆石是如何工作的以及粒子如何在足夠接近鉆石的位置進(jìn)行掃描？

       金剛石納米晶體在與化學(xué)氣相沉積的過程中以合成金剛石形成的相同工藝制造。一些鉆石有微小的缺陷，偶爾會(huì)有氮原子取代碳原子。有時(shí)，在原本緊密配合的金剛石固體結(jié)構(gòu)中，碳原子完全缺失。在氮（N）和空位（V）彼此相鄰的情況下，可能發(fā)生有趣的光學(xué)效應(yīng)。NV組合充當(dāng)一種稱為NV色心的人造原子。如果正確的綠色激光提示，NV中心將閃耀。也就是說，如果將吸收綠色激光并發(fā)出紅光，一次一個(gè)光子。

       可以在微觀水平存在磁場(chǎng)的情況下改變NV發(fā)射率。然而，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，NV中心的內(nèi)部能量水平必須恰到好處，當(dāng)中心暴露于來自射頻源（如圖中邊緣所示）和場(chǎng)的信號(hào)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。由附近的磁性粒子本身發(fā)出。

       顆粒在稱為微流體芯片的裝置中漂浮在基于去離子水的溶液的淺湖中。鉆石牢固地固定在這個(gè)湖的底部。當(dāng)位于通道中的電極哄騙液體中的離子以形成平緩的電流時(shí)，粒子移動(dòng)并在芯片周圍轉(zhuǎn)向。就像在墨西哥灣流的幫助下駛向歐洲的船只一樣，粒子以亞微米控制著這些電流。甚至可以通過外部磁線圈在垂直方向上操縱粒子。

       “我們計(jì)劃使用多顆鉆石進(jìn)行復(fù)雜的矢量磁分析?！痹摮霭嫖锏闹饕髡?，康復(fù)學(xué)生Kangmook Lim說?！拔覀冞€將使用浮動(dòng)鉆石代替靜止鉆石，這對(duì)于掃描生物樣品的納米磁性非常有用?！?/p>