日本研究人員優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的合成金剛石的設(shè)計(jì)。這使得該技術(shù)朝強(qiáng)化大腦磁成像等生物傳感應(yīng)用更進(jìn)一步。這種夾心型分層金剛石結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在最新一期的美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)（AIP）出版集團(tuán)所屬《應(yīng)用物理快報(bào)》上得以描述。

       化學(xué)過(guò)程被用于創(chuàng)建工業(yè)用途的大塊金剛石。人造金剛石可在各種表面上生長(zhǎng)出來(lái)，以增加硬度并且減少工具磨損，或者利用金剛石的高導(dǎo)熱性作為電子器件的散熱器?？茖W(xué)家可通過(guò)改變化學(xué)成分操控人造金剛石的性質(zhì)。這種化學(xué)操作被稱(chēng)為摻雜。事實(shí)證明，這些“摻雜”金剛石正成為從量子信息到生物傳感的一系列技術(shù)的廉價(jià)替代材料。否則，開(kāi)發(fā)這些技術(shù)將極其昂貴。

       設(shè)有氮—空位（NV）中心的金剛石能探測(cè)磁場(chǎng)變化，因此成為生物傳感技術(shù)的強(qiáng)大工具并被用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)和疾病診斷。例如，腦磁圖（MEG）是一種用于描繪大腦活動(dòng)并且追蹤諸如癲癇組織等病理異常的神經(jīng)影像技術(shù)。

       “MEG實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用并被用在一些醫(yī)院中，但其價(jià)格非常昂貴，以至于并沒(méi)有很多MEG被使用?！鄙鲜稣撐淖髡咧籒orikazu Mizuochi表示。Mizuochi解釋說(shuō)，利用帶有NV中心的金剛石可減少M(fèi)EG診斷的儀器成本。

       不過(guò)，這些生物傳感技術(shù)需要誘導(dǎo)NV中心電荷轉(zhuǎn)換的光激化。由于不帶電的NV中心無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)磁場(chǎng)，因此引入電荷轉(zhuǎn)換一直是金剛石利用面臨的挑戰(zhàn)。“只有負(fù)電荷能被用于此類(lèi)傳感應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)NV中心的穩(wěn)定化對(duì)于整個(gè)操作來(lái)說(shuō)非常重要。”Mizuochi介紹說(shuō)。

       研究人員此前將磷摻雜到一種簡(jiǎn)單的金剛石結(jié)構(gòu)中，從而使NV中心保持穩(wěn)定。摻雜的磷推動(dòng)超過(guò)90%的NV中心進(jìn)入負(fù)電荷狀態(tài)，從而使磁場(chǎng)探測(cè)成為可能。不過(guò)，磷會(huì)將噪聲引入讀取結(jié)果，從而從陽(yáng)性結(jié)果失效。

       在最新研究中，Mizuochi團(tuán)隊(duì)調(diào)整了保持負(fù)NV中心穩(wěn)定的金剛石設(shè)計(jì)策略，但移除了由磷誘導(dǎo)產(chǎn)生的噪音。他們利用了一種像三明治的多層結(jié)構(gòu)，其中摻雜了磷的金剛石就像面包，并用10微米厚的NV中心填料圍起。這使得70%~80%的NV中心穩(wěn)定在負(fù)電荷狀態(tài)，同時(shí)減少了系統(tǒng)中此前見(jiàn)到的噪音。