中國粉體網(wǎng)訊 日本研究人員優(yōu)化了實驗室生長的合成金剛石的設計。這使得該技術朝強化大腦磁成像等生物傳感應用更進一步。這種夾心型分層金剛石結構的優(yōu)點在最新一期的美國物理聯(lián)合會（AIP）出版集團所屬《應用物理快報》上得以描述。
化學過程被用于創(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出來，以增加硬度并且減少工具磨損，或者利用金剛石的高導熱性作為電子器件的散熱器�？茖W家可通過改變化學成分操控人造金剛石的性質。這種化學操作被稱為摻雜。事實證明，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的廉價替代材料。否則，開發(fā)這些技術將極其昂貴。
設有氮—空位（NV）中心的金剛石能探測磁場變化，因此成為生物傳感技術的強大工具并被用于醫(yī)學檢測和疾病診斷。例如，腦磁圖（MEG）是一種用于描繪大腦活動并且追蹤諸如癲癇組織等病理異常的神經(jīng)影像技術。
“MEG實現(xiàn)了商業(yè)應用并被用在一些醫(yī)院中，但其價格非常昂貴，以至于很多MEG未被使用�！鄙鲜稣撐淖髡咧籒orikazu Mizuochi表示。Mizuochi解釋說，利用帶有NV中心的金剛石可減少MEG診斷的儀器成本。
不過，這些生物傳感技術需要誘導NV中心電荷轉換的光激化。由于不帶電的NV中心無法準確探測磁場，因此引入電荷轉換一直是金剛石利用面臨的挑戰(zhàn)。“只有負電荷能被用于此類傳感應用，因此實現(xiàn)NV中心的穩(wěn)定化對于整個操作來說非常重要。”Mizuochi介紹說。
研究人員此前將磷摻雜到一種簡單的金剛石結構中，從而使NV中心保持穩(wěn)定。摻雜的磷推動超過90%的NV中心進入負電荷狀態(tài)，從而使磁場探測成為可能。不過，磷會將噪聲引入讀取結果，從而從陽性結果失效。
在最新研究中，Mizuochi團隊調整了保持負NV中心穩(wěn)定的金剛石設計策略，但移除了由磷誘導產(chǎn)生的噪音。他們利用了一種像三明治的多層結構，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)定在負電荷狀態(tài)，同時減少了系統(tǒng)中的噪音。
