Durch die Nutzung von Schwachstellen in winzigen Diamantfragmente, sagen Forscher sie genug Kohärenz des magnetischen Moments , die von diesen Mängeln , ihr Potenzial für präzise Quantensensoren in einem Material, das " biokompatibel " ist nutzbar erreicht .
Nanoskopischen thermische und Magnetfelddetektoren - die in lebenden Zellen eingesetzt werden kann - könnte unser Verständnis reicht von chemischen Reaktionen in einzelnen Zellen zu signalisieren in neuronalen Netzen und den Ursprung des Magnetismus in neuartigen Materialien zu verbessern.
Atomic Verunreinigungen in natürlichen Diamantstruktur ergeben sich die Farbe in seltenen und begehrten rosa, blauen und gelben Diamanten zu sehen . Aber diese Verunreinigungen sind auch ein Forschungsschwerpunkt in neuen Bereichen der Quantenphysik.
Ein solcher Defekt der Stickstoff - Leerstelle ( NVC ) , besteht aus einem Spalt in dem Kristallgitter neben einem Stickstoffatom . Dieses System fest fängt Elektronen, deren Spin-Zustände können mit höchster Präzision bearbeitet werden.
Electron Kohärenz - das Ausmaß, in dem die Spins dieser Teilchen ihre quantenmechanischen Eigenschaften zu erhalten - wurde in den NVCS großer ' Großdiamantenauf hohem Niveau erreicht , mit Kohärenzzeiten einer ganzen Sekunde unter bestimmten Bedingungen - die längste noch nicht gesehen in jedem festen Material .
Doch in Nanodiamanten - nanometergroßen Kristallen, die durch Fräsen herkömmlichen Diamant hergestellt werden können - die verschiedenen zulässigen Maß an Kohärenz hat bisher bewiesen schwer zu fassen.
Nanodiamanten bieten das Potenzial sowohl für außerordentlich präzise Auflösung , da sie auf der Nanoebene positioniert werden , und Biokompatibilität - wie sie können in lebende Zellen eingelegt werden. Aber ohne ein hohes Maß an Kohärenz in ihren NVCS Informationsträger können diese einzigartige Nano-Diamant Vorteile nicht genutzt werden.
Durch die Beobachtung der Spindynamik in Nanodiamanten NVCS , Forscher an der Cambridge Cavendish Laboratory , haben nun festgestellt , dass es die Konzentration von Stickstoff Verunreinigungen, die Auswirkungen Kohärenz statt Interaktionen mit Spins auf der Kristalloberfläche .
Wieder im Spiel als ein äußerst vielversprechendes Material für Quantenmesssetzen Nanodiamanten - Durch die Steuerung der Dynamik dieser Stickstoffverunreinigungen getrennt , haben sie NVC Kohärenzzeiten auf einen Rekordwert von 0,07 Millisekunden länger als alle vorherigen Bericht zugenommen, eine Bestellung von signifikanter Größe .
Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht .
"Unsere Ergebnisse entfesseln das Potenzial des kleinsten magnetischen Feldes und Temperaturfühler in der Welt Nanodiamant NVCS die Änderung solcher Merkmale innerhalb von wenigen zehn Nanometern spüren . - Kein anderer Sensor jemals diese räumliche Auflösung unter Umgebungsbedingungen gehabt hat ", sagte Helena Knowles , ein Forscher der Studie.
"Wir haben jetzt sowohl eine hohe Spin Kohärenz und räumlicher Auflösung , entscheidend für verschiedene Quantentechnologien . "
Dr. Dhiren Kara , der auch an der Studie, weist darauf hin , dass die Nano-Diamant der Biokompatibilität kann nicht-invasive optische Zugang zum magnetischen Veränderungen innerhalb einer lebenden Zelle liefern - im Wesentlichen die Leistungsfähigkeit MRI und erfassen beispielsweise die Reaktion einer Zelle auf ein Medikament in Echtzeit.
"Wir können auch in der Lage, einige Schlüsselfragen in den Materialwissenschaften , wie zum Beispiel magnetische Ordnung an den Kanten des Graphen oder den Ursprung des Magnetismus in Oxidmaterialien zu beantworten ", sagte Kara .
Dr. Mete Atature , Direktor der Forschung, fügte hinzu: " Das Streben nach gleichzeitiger hoher NVC Kohärenz und hohe räumliche Auflösung , und der Tatsache, dass Nanodiamanten konnte nicht auf dieses Versprechen bis jetzt hat Forscher benötigt, um in alternative Mittel zu investieren einschließlich fortschrittlicher Nanofabrikation Techniken, die tendenziell teuer und geringen Erträgen zu sein. "
" Die einfachste Lösung - machbar und kostengünstig - war vor uns die ganze Zeit . "