Квантовые датчики, использующие уникальные свойства частиц, становятся ключевыми инструментами в науке и технике.
Одним из самых перспективных решений являются нанодатчики на основе нанодимантов (ND) с центрами азотной вакансии (NV). Эти центры, созданные путём замены атома углерода атомом азота в решётке алмаза, чувствительны к внешним воздействиям, включая магнитные и электрические поля, а также температуру.
Ученые из университета Окаяма (Япония) совместно с Sumitomo Electric и Национальными институтами квантовой науки и технологий разработали нанодиманты с выдающимися свойствами, превосходящими аналогичные коммерческие образцы. Эти NDs обладают высокой яркостью, подходящей для биоизображения, и спиновыми характеристиками, сравнимыми с монокристаллическими алмазами.
Существующие ND-датчики имеют два главных недостатка: высокий уровень спиновых примесей и шумы поверхности. Ученые преодолели эти ограничения, выращивая монокристаллы алмаза, обогащённые изотопом углерода 12C (99,99%) и создавая NV-центры с минимальным содержанием примесей. Затем эти алмазы превращали в наночастицы, которые демонстрировали исключительные оптические и спиновые свойства.
Характеристики нанодимантов:
Нанодиманты успешно тестировались в живых клетках, демонстрируя стабильные сигналы даже в условиях хаотического движения частиц. Кроме того, они оказались чувствительны к температурным изменениям с точностью 0,28 K/√Hz, что значительно превосходит существующие аналоги.
Эти датчики могут быть применены не только для раннего выявления заболеваний, но и для мониторинга состояния батарей и оптимизации теплового управления в электронике.