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| 美利用納米金剛石實(shí)現自旋技術(shù)新突破 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2013-12-11 12:50:27 瀏覽次數： |
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納米金剛石的NV缺陷是未來(lái)量子技術(shù)的理想應用對象，包括量子計算和納米傳感。不過(guò)，大多納米金剛石都含有大量的順磁性雜質(zhì)，這就使得NV中電子自旋狀態(tài)極容易受到影響而變得不穩定—電子無(wú)法在較長(cháng)的時(shí)間段內保持它們的自旋方向；有時(shí)候這一時(shí)間段最多只能持續一百萬(wàn)分之一秒。這就意味著(zhù)在實(shí)際設備應用中，量子信息無(wú)法被存儲。
金剛石中的原子雜質(zhì)，亦或雜質(zhì)缺陷能夠釋放粉紅、藍和黃色等光澤。當兩個(gè)相鄰的碳原子被一個(gè)氮原子和一個(gè)空置的晶格替代時(shí)，便形成了NV.納米金剛石中的NV由于其無(wú)毒性和耐光性，是一種理想的生化探針材料，可嵌入細胞內進(jìn)行科學(xué)研究和醫療診斷等。NV還可檢測出電子自旋或核自旋中非常微弱的磁場(chǎng)，因此可用在核磁共振探頭上，在納米范圍內檢測物質(zhì)的自旋改變情況。
研究者首先將金-鈀掩膜沉積在高純度金剛石襯底上，掩膜就會(huì )自組裝成納米大小的滴狀。然后工作者利用氧等離子蝕刻工藝來(lái)激活加快反應離子，從而將襯底上的金剛石分離出來(lái)。在這一過(guò)程中，金-鈀掩膜阻止了外來(lái)離子，為生成的金剛石留下了一定的存在空間；然后利用機械物理方法將這些有納米金剛石的空間點(diǎn)剝離出來(lái)，就得到了高純度不含順磁性雜質(zhì)的金剛石。
傳統的磁共振成像技術(shù)為了捕獲到一個(gè)可測的信號，需要數以百萬(wàn)個(gè)自旋信息，而NV缺陷可以輕松檢測到單個(gè)的目標自旋，精確度達到納米級別。團隊成員Matthew Trusheim補充：利用這種自組裝多空金屬掩膜制備而成的納米金剛石還能夠可控性地產(chǎn)生數億個(gè)NV缺陷，而且不需要借助太多的人工操作。
傳統高溫高壓法（HPHT）制備而成的納米金剛石含有大量的順磁性雜質(zhì)，導致自旋相干時(shí)間非常短，這一技術(shù)瓶頸曾困惑研究者很長(cháng)時(shí)間。而如今，采用反應離子蝕刻工藝和自上而下的制備法研制出的高純金剛石納米晶體，不含任何順磁性雜質(zhì)。這些納米金剛石中的NV自旋狀態(tài)能夠保持長(cháng)達210微秒。
由這種新方法制備而成的納米金剛石還實(shí)現了290 nT Hz–1/2的磁場(chǎng)靈敏度，這意味著(zhù)未來(lái)磁場(chǎng)探頭感應技術(shù)可以達到小至50nm的范圍。
該研究得到了哥倫比亞大學(xué)、紐約城市大學(xué)的聯(lián)合支持，發(fā)表在了最新一期的Nano Letter上。
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