利用量子特性增强金刚石的传感能力

纯金刚石由完美晶格中的碳原子组成。但是去掉几个碳原子，再交换一些氮原子，你就会得到一个具有特殊量子感应特性的钻石。这些性质可用于量子信息应用和传感磁场，也可作为探测量子物理奥秘的平台。

当氮原子靠近碳原子空出的空间时，它形成所谓的氮空位（NV）中心。现在，研究人员已经展示了他们如何能够创造更多的NV中心，这使得更容易地感应磁场，使用一个相对简单的方法，可以在许多实验室完成。他们在本周的《应用物理学快报》中描述了他们的结果。PCBA加工

磁场传感为这种传感的重要性提供了一个很好的例子。绿色的光诱导荧光和NV中心发出红光，但量的荧光在磁场中的变化。通过测量荧光的亮度，钻石NV中心可以帮助确定磁场强度。这种装置可以制作包括岩石和生物组织在内的一系列样品的磁像。

这种磁检测的灵敏度取决于NV中心的浓度，而不与氮配对的空位会产生噪声。因此，有效地将空缺转化为NV中心，以及最大限度地提高NV中心的集中度，对推进这些检测方法起着关键作用。

研究人员通常从一家单独的公司购买含氮钻石。然后，他们用电子、质子或其他粒子轰击钻石，这些钻石带走了一些碳原子，留下了空缺。最后，一个叫退火加热过程会空位旁边的氮原子形成NV中心。问题是，辐射通常需要把样品送到一个单独的设备，这是昂贵和费时的。

“我们的方法的特点是：它是很简单很简单，说：”在以色列，耶路撒冷希伯来大学的Dima Farfurnik。”你可以得到足够高的NV浓度，它适用于许多应用程序，可以在内部完成。

他们的方法在透射电子显微镜（TEM）中使用高能电子轰击，这是许多研究人员可以使用的仪器，可以在本地创建NV中心。通常，使用的TEM图像材料到纳米级的分辨率，但其狭窄的电子束照射钻石也可以。

其他人可以在专门的钻石样品中创建NV中心，但研究人员在这项研究中成功地测试法对几种市售的钻石样品。

在一个典型的未经处理的样品中，不到1%的氮原子形成NV中心。但是通过使用TEM，研究人员将这种转换效率提高到10%。在某些情况下，样品达到饱和极限，更多的辐照不再有效。然而，对于其他样本，研究人员没有达到这个极限，这表明额外的辐射可以进一步提高效率。具有较高的转换效率和小的辐射体积可能与TEM，像磁传感器的设备可以更紧凑。

确定方法不妨碍有效应用NVS像感知磁场，研究人员证实时间的NV中心留在自己的国家——相干时间长度没有改变。

在钻石中填充足够多的NV中心将使物理学家能够探测中心之间的量子相互作用。这项研究可以创造一种独特的量子态，称为压缩态，它在固体中从未被证明过，并能使这些系统的传感能力超越今天的经典极限。

&nbsp；“我们希望增强一些NV中心由于照射将作为垫脚石的这种长期的和雄心勃勃的目标，”Farfurnik说。