Att mäta svaga magnetfält är en biljon dollar. Gigabyte med data, lagras och hämtas snabbt från marker på ett mynt, är kärnan i konsumentelektronik. Ännu högre datatätheter kan uppnås genom att öka magnetisk detekteringskänslighet-kanske ner till nanotesla-nivåer.

Större magnetisk känslighet är också användbar inom många vetenskapliga områden, såsom identifiering av biomolekyler såsom DNA eller virus. Denna forskning måste ofta äga rum i en varm, våt miljö, där rena förhållanden eller låga temperaturer inte är möjliga. JQI -forskare tar itu med denna oro genom att utveckla en diamantsensor som fungerar i en flytande miljö. Sensorn gör magnetiska kartor (med en 17 mikrotesla-känslighet) över små partiklar (en stand-in för faktiska biomolekyler) med en rumslig upplösning på cirka 50 nm. Detta är förmodligen den mest känsliga magnetiska mätningen som utförs vid rumstemperatur i mikrofluidik.

Resultaten av det nya experimentet som gjorts av JQI -forskaren Edo Waks (professor vid University of Maryland) och hans medarbetare visas i tidskriften NanoLetters .

Diamond NV centrerar

I hjärtat av sensorn finns en liten diamant nanokristall. Denna diamant, när den fördes nära en magnetisk partikel samtidigt som den badades i laserljus och en subtil mikrovågssignal, fluorescerar på ett sätt som är proportionellt mot styrkan hos partikelns eget magnetfält. Således används ljus från diamanten för att kartlägga magnetism.

Hur fungerar diamanten och hur manövreras partikeln tillräckligt nära diamanten för att skannas?

Diamantnanokristallen tillverkas i samma process som syntetiska diamanter bildas, i en process som kallas kemisk ångavsättning. Några av diamanterna har små brister, inklusive ibland kväveatomer som ersätter kolatomer. Ibland saknas en kolatom helt från den annars tätt samordnade diamantfasta strukturen. I de fall där kväve (N) och vakansen (V) ligger bredvid varandra, en intressant optisk effekt kan uppstå. NV -kombinationen fungerar som en slags artificiell atom som kallas ett NV -färgcentrum. Om du uppmanas av rätt typ av grön laser, NV -centrum kommer att lysa. Det är, om kommer att absorbera grönt laserljus och avge rött ljus, en foton i taget.

NV -emissionshastigheten kan ändras i närvaro av magnetfält på mikroskopisk nivå. För att detta ska hända, fastän, NV -centrumets interna energinivåer måste vara lagom, och detta sker när mitten utsätts för signaler från radiofrekvenskällan (visad vid kanten av figuren) och fälten som avges av den närliggande magnetiska partikeln själv.

Partikeln flyter i en grund sjö av avjoniserat vattenbaserad lösning i en installation som kallas ett mikrofluidiskt chip. Diamanten sitter fast vid botten av denna sjö. Partikeln rör sig, och styrs runt chipet när elektroder som är placerade i kanalerna samlar joner i vätskan till att bilda mjuka strömmar. Som ett fartyg som seglar till Europa med hjälp av Golfströmmen, partikeln åker dessa strömmar med submikronkontroll. Partikeln kan till och med manövreras i vertikal riktning av en extern magnetisk spole (visas inte på ritningen).

"Vi planerar att använda flera diamanter för att göra komplex vektoriell magnetisk analys., "säger studenten Kangmook Lim, huvudförfattaren på publikationen. "Vi kommer också att använda flytande diamanter istället för stillastående, vilket skulle vara mycket användbart för att skanna nanomagnetism av biologiska prover. "