دو گروه مستقل از فیزیک‌دانان یکی در ایالات متحده امریکا و دیگری در آلمان، برای اولین بار میدان‌های مغناطیسی نانومقیاس را در دمای اتاق اندازه‌گیری کرده‌اند. هر دو روش بر پایه رفتار کاستی‌های محل خالی نیتروژن و الماس عمل کرده و در هر دو روش سیگنال‌های مغناطیسی ساطع‌شده از تک‌الکترون‌ها و هسته‌های اتمی را که در مجاورت آن قرار گرفته‌اند، احساس میشود.
اندازه‌گیری رزونانس مغناطیسی هسته در مقیاس نانو
دو گروه مستقل از فیزیک‌دانان یکی در ایالات متحده امریکا و دیگری در آلمان، برای اولین بار میدان‌های مغناطیسی نانومقیاس را در دمای اتاق اندازه‌گیری کرده‌اند. هر دو روش بر پایه رفتار کاستی‌های محل خالی نیتروژن و الماس عمل کرده و در هر دو روش سیگنال‌های مغناطیسی ساطع‌شده از تک‌الکترون‌ها و هسته‌های اتمی را که در مجاورت آن قرار گرفته‌اند، احساس میشود.
توانایی تشخیص این میدان‌های مغناطیسی بسیار کوچک تحت شرایط بسیار محدود، راهی به‌سوی کاربردهایی در زیست‌شناسی، علم مواد، اسپینترونیک و اطلاعات کوانتمی می‌گشاید.
این روش جدید بر پایه رزونانس مغناطیسی هسته(NMR) و تصویرسازی رزونانس مغناطیسی(MRI) بنا شده‌است و عموماً برای تصویرسازی از درون بدن انسان استفاده میشود.
NMR و MRI به‌وسیله روش فعالیت مغناطیسی از میلیون‌ها اسپین هسته کار می‌کند؛ اما به‌دلیل نیاز به این تعداد زیاد از اسپین‌ها، رزونانس مغناطیسی هسته برای ساختارهای بسیار کوچک قابل استفاده نیست. میخائیل لوکین از دانشگاه هاروارد و همکارانش و فیدور جلزکر از دانشگاه اشتودگارت و دیگر همکارانش یک روش جدیدی را که در آن از یک تک اسپین وابسته به یک جریان خالص در الماس با نام مرکز محل خالی نیتروژن، ارائه داده‌اند تا با این روش میدان‌های مغناطیسی در مقیاس نانو تشخیص داده شود. تک اسپین به‌عنوان یک پروب مغناطیسی بسیار حساس که قابلیت جای‌گزیده شدن درون مکانی را دارد که حدود چند نانومتر باشد
چگونگی احساس حضور میدان مغناطیسی:
اسپین پروب می‌تواند حضور هرگونه میدان مغناطیسی ایجادشده به‌وسیله الکترون‌ها یا هسته‌های مجاور را احساس کند که این امر باعث یک جابه‌جایی در فرکانس رزونانس اسپین الکترون میشود. این جابجایی را به‌عنوان مثال می‌توان با استفاده از نمایش جابه‌جایی رزونانس اسپین یا یک میدان میکروویو و اثر این تغییر در فوتولمینوسنس مربوط به اسپین پروب تشخیص داد. اضافه بر این بر اساس زمان آرامش فوق طولانی در محل خالی نیتروژن اسپین‌های الکترون در الماس(از مرتبه میلی‌ثانیه)، تصویرسازی رزونانس مغناطیسی از تک اسپین تحت شرایط محدود امکان‌پذیر است. تا به حال برای پایدارسازی اسپین‌ها در مواد دیگر به دماهای پایین احتیاج بوده‌است.
گروه تحقیقاتی وابسته به لوکین برنامه‌ای را تهیه دیده‌اند که با استفاده از روش آنها میدان‌های مغناطیسی در حدود (nT)3 نانوتسلا در فرکانس‌های از مرتبه کیلوهرتز را تشخیص دهد. این میدان‌ها معادل میدان‌های نمایش داده‌شده از تک الکترون در حدود۱۰۰ نانومتر و یا یک تک پروتون در حدود ۱۰ نانومتر است، همچنین گروه جلزکر موفق به استفاده از چنین مگنتومتری برای دستیابی به اولین تصویر روبش‌شده از یک نمونه شدند؛ به‌عنوان مثال، محققان موفق به مشخص کردن مکان مرکز محل خالی نیتروژن با وضوح مغناطیسی در حدود ۵ نانومتر شدند.
استفاده از MRI در مقیاس نانو:
یکی از کاربردهای مهم برای پروب محل خالی نیتروژن در تصویرسازی، رزونانس مغناطیسی(MRI) با قدرت تفکیکی در مقیاس نانو است. در حقیقت MRI با حساسیت تک اسپین باعث پیشرفتی عظیم در بالا بردن قدرت تفکیکی در سطح نانومتر و یا حتی آنگستروم شده‌است. بنابراین چسبیدن یک تک نانوبلور که شامل یک کاستی محل خالی نیتروژن است به مولکول‌های زیستی، این امکان را به ما می دهد که ساختار تک پروتئین و یا مولکول‌های DNA را بررسی کنیم. کاربردهای دیگر برای حسگرها شامل تشخیص اسپین تک الکترون‌های هسته در مولکول‌های پیچیده زیست‌شناختی و به‌عنوان مرورگر مغناطیسی کوانتمی برای آدرس دادن و خواندن بیت‌های کوانتمی از اطلاعات کدبندی‌شده در یک الکترون و یا حافظه اسپین هسته هستند.
