ساخت حسگر میدان مغناطیسی با استفاده از نانوالماس

محققان دانشگاه کالیفرنیا روش رزونانس اسپین الکترونی جدیدی ارائه کرده‌اند که در آن با استفاده از نانوالماس و لیزر، میدان مغناطیسی منطقه‌ای در محیط سیال اندازه‌گیری می‌شود. این روش می‌تواند برای پیمایش پدیده‌های مختلف که در محیط سیال اتفاق می‌افتد نظیر فرآیندهای زیستی، مفید باشد. پژوهشگران این پروژه معتقدند که با این روش می‌توان میدان مغناطیسی اطراف نرون‌ها را نیز تصویربرداری کرد.

مرکز حفره نیتروژنی در الماس نوعی نقص جالب و مفید است که دارای کاربردهای متعددی در مکانیک کوانتومی است دلیل این امر وابستگی زمانی بسیار طولانی این نقص حتی در دمای اتاق است. به بیانی دیگر، اسپین کوانتومی در این نقص زمان مشخصی نیاز دارد تا از موقعیت اصلی خود تغییر کند. این موضوع موجب می‌شود که بتوان فرآیند اسپین کوانتومی را رصد کرد. از این ساختار می‌توان به‌عنوان پیمایشگر کوانتومی استفاده کرد و میدان مغناطیسی محیط را نیز اندازه‌گیری کرد.
دیوید آوشالوم رهبر این تیم تحقیقاتی می‌گوید نانوالماس‌ها می‌توانند با دقت بالایی در جایی که ما نیاز داریم قرار بگیرند این چیزی است که می‌تواند در سیستم‌های بیوفیزیکی کاربردها متعددی داشته باشد.
روشی که تیم تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا ارائه کرده است مبتنی بر اندازه‌گیری رزونانس اسپین الکترونی مرکز حفره نیتروژنی در نانوالماس‌های به‌دام افتاده در انبرک نوری است. در این پژوهش از یک پرتو لیزر منفرد استفاده شده است این پرتو روی یک ماده دی‌الکتریک، نظیر نانوالماس، متمرکز می‌شود با این کار پرتو ماده را در یک جا نگه می‌دارد. این لیزر در واقع یک دام نوری است که ماده در آن گیر می‌افتد. با حرکت لیزر در محیط سیال ما می‌توانیم ماده را به‌جای مورد نظر خود بکشانیم. انبرک نوری اولین بار در دهه ۱۹۷۰ توسط آرتور آشکین در آزمایشگاه بل آمریکا ارائه شد.
دیوید آوشالوم و همکارانش نتایج کار خود را در PNAS به چاپ رساندند. آنها نانوالماس‌ها را مورد تابش قرار دادند تا بیش از ۵۰۰ مرکز حفره نیتروژنی در آنها بوجود آید. این گروه تحقیقاتی از رزونانس اسپین الکترونی برای اندازه‌گیری سطح انرژی این مراکز استفاده کردند آنها از اثر زیمان که نوعی انتقال سطح انرژی اسپین است برای شناسایی میدان مغناطیسی استفاده کردند.
دیوید آوشالوم می‌افزاید این که بتوان میدان مغناطیسی منطقه‌ای را در یک محیط سیال با استفاده از لیزر اندازه‌گیری کرد، پتانسیل بسیار بالایی محسوب می‌شود و از آن می‌توان در بخش‌های مختلف استفاده کرد برای مثال از این روش می‌توان برای درک بهتر فرآیندهای زیستی استفاده نمود.