日本研究人员优化了实验室生长的合成金刚石的设计。这使得该技术朝强化大脑磁成像等生物传感应用更进一步。这种夹心型分层金刚石结构的优点在最新一期的美国物理联合会(AIP)出版集团所属《应用物理快报》上得以描述。
化学过程被用来制造工业用的大块钻石。人造钻石可以生长在各种表面上，以增加硬度和减少工具磨损，或者钻石的高导热性可以用作电子设备的散热器。科学家可以通过改变人造钻石的化学成分来控制其性能。这种化学操作叫做掺杂。事实证明，这些& ldquo兴奋剂& rdquo钻石正成为从量子信息到生物传感等一系列技术的廉价替代材料。否则，开发这些技术将极其昂贵。
用氮气& mdash空位置的金刚石可以检测磁场的变化，因此成为生物传感技术的有力工具，用于医学检测和疾病诊断。例如，脑磁图(MEG)是一种神经成像技术，用于描述大脑活动和跟踪病理异常，如癫痫组织。
& ldquoMEG已经商业化应用，在一些医院也有使用，但是价格太贵，很多MEG都不用。& rdquo上述论文的作者之一Norikazu Mizuochi说。Mizuochi解释说，使用带有NV中心的diamond可以降低脑磁图诊断的仪器成本。
然而，这些生物传感技术需要诱导NV中心电荷转换的光激活。由于不带电的NV中心无法准确检测磁场，引入电荷转换一直是金刚石利用的挑战。& ldquo在这种感测应用中只能使用负电荷，因此稳定NV中心对于整个操作非常重要。& rdquo水内说。
研究人员先前已经将磷掺杂到简单的钻石结构中，从而保持NV中心稳定。掺杂的磷推动超过90%的NV中心进入负电荷状态，从而使磁场检测成为可能。然而，磷会在读数结果中引入噪声，从而不能得到阳性结果。
在最新的研究中，Mizuochi团队调整了钻石设计策略，使负NV中心保持稳定，但去除了磷诱导的噪声。他们采用了类似三明治的多层结构，其中掺磷的钻石就像面包一样，被厚度为10微米的NV中心填充物包围。这使得70%~80%的NV中心稳定在负电荷状态，降低了系统中的噪声。
