I ricercatori giapponesi hanno ottimizzato la progettazione di prodotti cresciuti in laboratorio, diamanti sintetici. Ciò avvicina ulteriormente la nuova tecnologia al miglioramento delle applicazioni di biorilevamento, come l'imaging cerebrale magnetico. I vantaggi di questo strato, simile a un panino, struttura del diamante sono descritti in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

I processi chimici sono utilizzati per creare grandi fogli di diamanti per applicazioni industriali. I diamanti artificiali possono essere coltivati ​​su varie superfici per aumentare la durezza e ridurre l'usura degli utensili, o per sfruttare l'elevata conduttività termica del diamante come dissipatore di calore per l'elettronica. Gli scienziati possono manipolare le proprietà dei diamanti artificiali alterando la loro composizione chimica. Questa manipolazione chimica è chiamata doping. Questi diamanti "drogati" si stanno dimostrando un materiale alternativo economico per una serie di tecnologie, dall'informazione quantistica al biorilevamento, che altrimenti sarebbero stati proibitivi da sviluppare.

I diamanti progettati con centri di azoto vacanti (NV) in grado di rilevare i cambiamenti nei campi magnetici sono un potente strumento per le tecnologie di biorilevamento e utilizzati nella rilevazione medica e nella diagnosi delle malattie. Ad esempio, la magnetoencefalografia (MEG) è una tecnica di neuroimaging utilizzata per mappare l'attività cerebrale e tracciare anomalie patologiche, come il tessuto epilettico.

"Il MEG è disponibile in commercio e utilizzato in alcuni ospedali, ma è molto costoso, quindi non vengono utilizzati molti MEG, " disse Norikazu Mizuochi, un autore sulla carta. Mizuochi ha spiegato che l'utilizzo di diamanti con i centri NV ridurrebbe i costi delle apparecchiature per le diagnosi MEG.

Però, queste tecnologie di biorilevamento richiedono l'attivazione della luce, che induce la commutazione di carica nei centri NV. I centri NV neutri non sono in grado di rilevare con precisione i campi magnetici, quindi l'introduzione della commutazione rimane una sfida per l'utilizzo dei diamanti. "Solo la carica meno [negativa] può essere utilizzata per tali applicazioni di rilevamento, quindi la stabilizzazione dei centri [NV] è importante per il funzionamento, " disse Mizuochi.

I ricercatori avevano precedentemente drogato una semplice struttura a diamante con fosforo per stabilizzare i centri NV. Il doping di fosforo ha spinto oltre il 90% dei centri NV allo stato di carica negativa, consentire il rilevamento del campo magnetico. Però, il fosforo introduceva rumore alla lettura, negando il risultato positivo.

In questo studio, il team ha adattato il design del diamante per preservare la stabilizzazione dei centri NV negativi, ma rimosso il rumore indotto dal fosforo. Hanno usato una struttura a strati, come un panino, con diamante drogato con fosforo come il pane, e racchiudeva un riempimento diamantato al centro NV dello spessore di 10 μm. Questo ha stabilizzato il 70-80% dei centri NV nello stato di carica negativa, riducendo il rumore precedentemente visto nel sistema.

"Al momento, abbiamo appena dimostrato la stabilizzazione, ma ci aspettiamo che migliori anche la sensibilità, " Ha detto Mizuochi. Il suo team sta attualmente testando la sensibilità del nuovo design ai cambiamenti nei campi magnetici, e sperando che questa struttura possa essere utilizzata per applicazioni di biorilevamento come MEG.