Nanodiamanten für magnetische Sensoren

Nanodiamanten
Nanodiamanten sind diamantstrukturierte Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 10 Nanometern, die als Rückstände einer TNT- oder Hexogen-Explosion in einem geschlossenen Raum entstehen. Nanodiamanten haben ausgezeichnete mechanische und optische Eigenschaften, große Oberflächen und abstimmbare Oberflächenstrukturen. Nanodiamanten haben ein breites Anwendungsspektrum in der Tribologie, Wirkstoffabgabe, Bio-Bildgebung und Tissue Engineering, für biomedizinische Anwendungen, da sie auch nicht toxisch sind, als Proteinnachahmer und auch als Füllstoff für Nano-Komposite. Nanodiamanten haben eine perfekte mechanische Leistung und werden in verschiedenen Branchen wie Raumfahrt, Flugzeugbau, Informationsindustrie, Präzisionsmaschinen, optische Instrumente, Automobilherstellung, chemische Kunststoffe und Schmiermittel usw. weit verbreitet verwendet.
Messen von Magnetfeldern
Forscher der University of California, Santa Barbara, haben eine Elektronenspinresonanz-Technik mit Nanodiamanten und Lasern entwickelt, um lokale Magnetfelder in flüssigen Umgebungen zu messen.
Technik
Die Technik beruht auf der Messung der Elektronenspinresonanz der NV-Zentren in Nanodiamanten, die mit einer optischen Pinzette eingefangen wurden. NV-Zentren in Nanodiamanten werden mit einem einzigen Laserstrahl gefangen, der so stark fokussiert ist und dielektrische Partikel zum Strahlfokus gezogen werden, anstatt vom Strahl nach vorne geschoben zu werden. Die Partikel werden so im Fokus gehalten, optisch angehoben und gefangen. Durch Verschieben des Laserfokus in Bezug auf die fluidische Umgebung kann die Position der Platzierung der Partikel mit einer rein optischen Technik gewählt werden, ohne dass Drähte oder physikalische Kontakte erforderlich sind.
Die Elektronenspinresonanz wird verwendet, um die Energie zu messen. Ebenenstruktur der NV-Zentren unter Verwendung des Zeeman-Effekts zur Überwachung der von den NV-Sensoren in den Nanodiamanten erfassten Magnetfelder.
Verwendungen
Die Methode könnte verwendet werden, um eine Vielzahl von Phänomenen zu überwachen, die in biologischen zellulären Prozessen auftreten, um Geräte wie elektrochemische Zellen zu untersuchen, biologische elektrochemische Zellen, Oberflächenkatalyse oder Lipidmembranen zu verstehen, um wichtige biologische und chemische Strukturen sichtbar zu machen, die schwierig sein können mit herkömmlichen Techniken zu untersuchen und sogar elektromagnetische Felder um Neuronen im Gehirn abzubilden.
Das Stickstoff-Vakanz-(NV)-Zentrum in Diamant hat eine lange Spinkohärenzzeit selbst bei Raumtemperatur und daher brauchen die Quantenspins im Defekt Zeit aus ihrer ursprünglichen Position umzuklappen, so dass sie zuverlässig ausgelesen und bei Bedarf neu initialisiert werden können. Die Strukturen können somit als Quantensonden zur Detektion von Magnetfeldern in ihrer Umgebung eingesetzt werden. Die Nanodiamanten können mit Nanometer-Präzision an jeder Stelle in einer Probe platziert und nach Belieben zum Erfassen, Verfolgen und Markieren in biophysikalischen Systemen im Submikrometerbereich bewegt werden.