Nanodiamanten voor magnetische sensoren

Nanodiamanten
Nanodiamanten zijn deeltjes met een diamantstructuur met een diameter van minder dan 10 nanometer die het resultaat zijn van een residu van een TNT- of Hexogen-explosie in een afgesloten ruimte. Nanodiamanten hebben uitstekende mechanische en optische eigenschappen, grote oppervlakten en afstembare oppervlaktestructuren. Nanodiamanten hebben een breed scala aan potentiële toepassingen in tribologie, medicijnafgifte, biobeeldvorming en weefseltechnologie, voor biomedische toepassingen, omdat ze ook niet-toxisch zijn, als eiwitnabootsers en ook als vulmateriaal voor nanocomposieten. Nanodiamanten hebben perfecte mechanische prestaties en worden veel gebruikt in verschillende industrieën, zoals ruimtevaart, vliegtuigbouw, informatie-industrie, precisiemachines, optische instrumenten, autofabricage, chemische kunststoffen en smeermiddelen enz.
Het meten van magnetische velden
Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara hebben een elektron-spinresonantietechniek ontwikkeld met nanodiamanten en lasers om lokale magnetische velden in vloeibare omgevingen te meten.
Techniek
De techniek is gebaseerd op het meten van de elektronenspinresonantie van de NV-centra in nanodiamanten die zijn gevangen met een optische pincet. NV-centra in nanodiamanten worden gevangen met behulp van een enkele laserstraal die zo strak gefocust is en diëlektrische deeltjes worden naar de focus van de straal getrokken in plaats van door de straal naar voren te worden geduwd. De deeltjes worden zo in het brandpunt gehouden, optisch zwevend gehouden en gevangen. Door de laserfocus te verplaatsen ten opzichte van de fluïde omgeving kan de positie van de deeltjes worden gekozen met behulp van een volledig optische techniek zonder dat er draden of fysieke contacten nodig zijn.
De elektronenspinresonantie wordt gebruikt om de energie- niveaustructuur van de NV-centra die het Zeeman-effect gebruiken om de magnetische velden te bewaken die worden gedetecteerd door de NV-sensoren in de nanodiamanten.
Gebruik
De methode kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan fenomenen die optreden in biologische cellulaire processen te volgen, apparaten zoals elektrochemische cellen te bestuderen, biologische elektrochemische cellen te begrijpen, oppervlaktekatalyse of lipidemembranen om belangrijke biologische en chemische structuren te visualiseren die moeilijk kunnen zijn om met conventionele technieken te sonderen en zelfs elektromagnetische velden rond neuronen in de hersenen in beeld te brengen.
Het stikstof-vacature (NV) centrum in diamant heeft zelfs bij kamertemperatuur een lange spincoherentietijd en dus hebben de kwantumspins in het defect tijd nodig om uit hun oorspronkelijke positie te kantelen, zodat ze betrouwbaar kunnen worden uitgelezen en indien nodig opnieuw kunnen worden geïnitialiseerd. De structuren kunnen dus worden gebruikt als kwantumsondes om magnetische velden in hun omgeving te detecteren. De nanodiamanten kunnen met nanometerprecisie op elke locatie in een monster worden geplaatst en naar believen worden verplaatst voor detectie, tracking en tagging in biofysische submicronsystemen.