麻省理工學(xué)院（MIT）量子工程研究所近日研究出了控制納米金剛石傳感器的新方法，該方法能夠測量到微磁場的存在。研究成果發(fā)表在Nature Communications上。

       利用這種新的控制技術(shù)，微型金剛石傳感器可以探測某時間段內(nèi)磁場的變化，比如大腦中的神經(jīng)元相互間是如何傳輸電信號的；同時還可以精確測量一些新型材料所產(chǎn)生的磁場，比如用于高端透鏡的超材料（具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料）和“隱身衣”材料。

       早在08年麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)以及其他一些研究機構(gòu)就研究出人造金剛石的一些缺陷可以用于磁傳感器技術(shù)。MIT核科學(xué)和工程所的Paola Cappellaro教授介紹，氮空位中心（NV）是金剛石與生俱來的缺陷，它對外部的磁場有著非常敏感的特性，就像羅盤能夠根據(jù)磁場來判別方向一樣。NV中心也叫做金剛石色心，能夠放射出特定的顏色，紫色、黃色、粉色等。一顆鉆石能夠發(fā)出光彩絢麗的光芒其實就是它本身的內(nèi)部缺陷在起作用。當金剛石內(nèi)部的諸多NV中心被光束照射時，NV就會發(fā)出一種紅光。

       為研究新的傳感器控制技術(shù)，Cappellaro的團隊首先用綠光束照射金剛石，直到有紅色光束發(fā)出，這樣便確定了一個NV中心的具體位置。接著科學(xué)家在納米金剛石傳感器上施加微波場，以此來操縱NV中心的電子自旋；這樣以來就改變了NV中心放射的光束強度，把光強度調(diào)節(jié)到了既依賴微波場又依賴外部磁場的程度。

       為測量外部磁場以及某時間段內(nèi)的磁場變化，研究者通過對納米傳感器施以微波脈沖來改變NV中心電子自旋的方向。通過這些不同系列的脈沖，工作人員搜集到了有效的外部磁場信息。然后，再利用信號處理技術(shù)對這些信息進行編譯并用于整個磁場的重建。“通過重建動態(tài)外部磁場，我們了解到更多關(guān)于磁場構(gòu)建本身的基本現(xiàn)象”， Cappellaro說。

       實驗采用了直徑為3mm的金剛石方塊作為樣品；而技術(shù)理論上，科學(xué)家能夠應(yīng)用大小僅10nm的納米金剛石來試驗。工作者嘗試將神經(jīng)元植在金剛石傳感器上，讓傳感器來探測神經(jīng)元發(fā)出的磁場信息。

       在之前的實驗中，研究者利用電極來刺激神經(jīng)元，并探測發(fā)出的磁場信息。但是植入電極的方法是一種很明顯的侵襲行為，神經(jīng)元在被植入電極后是否受到了影響、能否像原來一樣正常運作就成未知的行為。而金剛石傳感器由于其碳結(jié)構(gòu)的特性，在其被植入細胞后完全是非侵襲技術(shù)，不會對細胞和神經(jīng)元造成任何影響和傷害。

       Cappellaro解釋道，金剛石傳感器的NV中心可以設(shè)計成一個排列，有序的對神經(jīng)元的位置進行定位并探測，這樣一來，神經(jīng)元之間的信號傳輸就成功被探測到并破解。

       在評價研究成果時，Cappellaro說：將來，納米金剛石傳感器可以實現(xiàn)真正意義上的即時腦活動傳感，探測并了解大腦是如何工作的。盡管前途還有很多未知，但金剛石這一科技寵兒已經(jīng)并正在給我們的研究帶來不斷的驚喜和進步。（編譯自‘Researchers develop new method to control nanoscale diamond sensors’）