科学家开发出金刚石合成新策略

日本研究人员优化了实验室人造金刚石的设计。这使得这项技术进一步增强了生物传感应用，如脑磁成像。这种夹层钻石结构的优点在最新一期的《应用物理学快报》中有所描述，该刊物隶属于美国物理联合会(AIP)。

化学工艺被用来制造工业用的大钻石。人造金刚石可以在各种表面生长，以增加硬度和减少工具磨损，或者金刚石的高导热性可以用作电子器件的散热器。科学家可以通过改变人造钻石的化学成分来控制其性质。这种化学操作称为掺杂。事实证明，这些“掺杂”的钻石正在成为从量子信息到生物传感器等一系列技术的廉价替代品。否则，开发这些技术将极其昂贵。

具有氮空位(NV)中心的金刚石可以检测磁场的变化，从而成为生物传感技术的有力工具，并用于医学检测和疾病诊断。例如，脑磁图(MEG)是一种神经成像技术，用于描绘大脑活动和跟踪病理异常，如癫痫组织。

“脑磁图已经在商业上和一些医院得到应用，但是它的价格太高，所以没有多少脑磁图被使用。”上述论文的作者之一水井法子说。米佐奇解释说，使用钻石与NV中心可以降低仪器的脑磁图诊断成本。

然而，这些生物传感技术需要诱导NV中心电荷转换的光活化。由于不带电荷的NV中心不能准确检测磁场，电荷转换的引入一直是钻石利用的一个挑战。“只有负电荷才能用于这种传感应用，因此稳定NV中心对整个操作非常重要。”米佐奇说。

研究人员以前曾将磷掺杂到简单的钻石结构中，以稳定NV中心。掺杂的磷将超过90%的NV中心推向负电荷状态，从而使磁场检测成为可能。然而，磷会在读取结果中引入噪声，从而使正结果无效。

在最新的研究中，米佐池的团队调整了钻石设计策略，以保持负的NV中心稳定，但去除了磷引起的噪音。他们使用了一种三明治式的多层结构，其中掺有磷的钻石就像面包一样，被10微米厚的NV中心填充物包围着。这使得70%~80%的NV中心在负电荷状态下稳定，并降低了系统中以前看到的噪声。(宗华)