一位物理化學家和他的一群不同的學生正在研究納米鉆石的應用。對亞伯拉罕-沃爾科特來說，鉆石所代表的意義遠不止是閃閃發(fā)光的寶石和地位的象征。這位圣何塞州立大學的物理化學家從事納米鉆石的研究，納米鉆石是由較大的合成鉆石分解而成的微型鉆石。納米鉆石是如此之小，以至于一排8000個納米鉆石可以跨越人類頭發(fā)的寬度。

       像沃爾科特這樣的科學家能用這樣微小的寶石完成什么？事實上有很多。

       鉆石的碳基質(zhì)使它可以安全地用于活體細胞和組織，而這些細胞和組織大多是碳。沃爾科特說，鉆石也是化學惰性的，善于輸送熱量，并且是光學透明的--這意味著光很容易通過它們。簡而言之，它們的化學特性使它們在各種應用中都很有價值，從蛋白質(zhì)合成的實時檢測到量子計算，當然，在這些特性上的應用研發(fā)都在早期階段。

       盡管你可能在高中化學課上學到的鉆石是純碳，但沃爾科特對其他元素在他的納米鉆石內(nèi)外的作用更感興趣。

       他說，當?shù)颖焕г阢@石的碳晶格中時，這種雜質(zhì)會在碳原子應該出現(xiàn)的地方產(chǎn)生一個開放點，稱為氮空位中心。當這個中心被綠光照射時，它會發(fā)出紅光，然后研究人員可以依靠這種光芒來追蹤納米鉆石在整個生物體內(nèi)的移動。

       但是，無論它們是在血液中還是在光纜中流動，為了讓鉆石做你想做的事情，首先需要能夠控制它們的表面，而這正是實驗室的大部分精力所在。

       SSRL的過渡邊緣傳感器（TES）幫助研究人員研究胺和其他在鉆石晶格下面排列的分子。當TES投入使用時，Wolcott的小組是第一批試用該傳感器的人之一。

       沃爾科特在圣何塞的研究小組正在努力將不同的化學基團附著在納米鉆石的表面。今年早些時候，他們在《物理化學快報》上發(fā)表了一篇關(guān)于開發(fā)一個穩(wěn)定的化學反應的論文，通過首先用化學方法將溴原子哄騙到納米金剛石的表面，將被稱為胺的含氮化學基團附著到納米金剛石的表面。研究人員說，這些發(fā)現(xiàn)對研究生物系統(tǒng)或量子傳感器非常有用，他們還為其在納米技術(shù)中的潛在應用申請了專利。

       這一發(fā)展是大量工作的產(chǎn)物，小組的一些化學程序可能需要五天才能完成，這構(gòu)成了一個潛在的后勤挑戰(zhàn)，因為本科生一般都忙于上課，不需要全職在實驗室。然而，她說清晰的溝通是團隊的關(guān)鍵。學生們相互協(xié)調(diào)他們的時間表，像一條多天的流水線一樣完成反應，直到反應完成。

       在嘗試用化學方法將不同的分子附著在納米金剛石的表面后，研究人員需要一種方法來測試他們的反應是否成功。為此，他們把經(jīng)過化學處理的納米金剛石帶到能源部的SLAC國家加速器實驗室的斯坦福同步輻射光源（SSRL）。

       同步輻射光源就像一個"生產(chǎn)高強度X射線束的大工廠"，工作人員李相俊說。當電子匆匆通過同步加速器的存儲環(huán)時，超強的磁鐵導致粒子束擺動，產(chǎn)生強大的X射線，被輸送到每條光束線的實驗站。在10-1號光束線，一個被稱為過渡邊緣傳感器（TES）的儀器以精細的分辨率測量從實驗樣品中出來的X射線，它們可以揭示出物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)--即其電子能量排列方式的模式。在納米鉆石的情況下，TES可以檢測到鉆石表面存在哪些化學基團。