Des chercheurs japonais ont optimisé la conception de produits cultivés en laboratoire, diamants synthétiques. Cela rapproche la nouvelle technologie de l'amélioration des applications de biodétection, comme l'imagerie cérébrale magnétique. Les avantages de cette couche, en sandwich, la structure du diamant sont décrites dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .
Des procédés chimiques sont utilisés pour créer de grandes feuilles de diamants pour des applications industrielles. Les diamants artificiels peuvent être cultivés sur diverses surfaces pour augmenter la dureté et réduire l'usure des outils, ou pour profiter de la conductivité thermique élevée du diamant comme dissipateur thermique pour l'électronique. Les scientifiques peuvent manipuler les propriétés des diamants artificiels en modifiant leur composition chimique. Cette manipulation chimique est appelée dopage. Ces diamants "dopés" s'avèrent être un matériau alternatif bon marché pour une gamme de technologies - de l'information quantique à la biodétection - qui auraient autrement été d'un coût prohibitif à développer.
Les diamants conçus avec des centres de vacance d'azote (NV) capables de détecter les changements de champs magnétiques sont un outil puissant pour les technologies de biodétection et utilisés dans la détection médicale et le diagnostic de maladies. Par exemple, la magnétoencéphalographie (MEG) est une technique de neuroimagerie utilisée pour cartographier l'activité cérébrale et tracer des anomalies pathologiques, comme le tissu épileptique.
« Le MEG est disponible dans le commerce et utilisé dans certains hôpitaux, mais il est très cher, donc peu de MEG sont utilisés, " dit Norikazu Mizuochi, un auteur sur le papier. Mizuochi a expliqué que l'utilisation de diamants avec des centres NV réduirait les coûts d'équipement des diagnostics MEG.
Cependant, ces technologies de biodétection nécessitent une activation lumineuse, ce qui induit une commutation de charge dans les centres NV. Les centres NV neutres ne sont pas capables de détecter avec précision les champs magnétiques, l'introduction de la commutation reste donc un défi pour l'utilisation du diamant. "Seule la charge négative [négative] peut être utilisée pour de telles applications de détection, par conséquent, la stabilisation des centres [NV] est importante pour le fonctionnement, " dit Mizuochi.
Les chercheurs avaient auparavant dopé une simple structure en diamant avec du phosphore pour stabiliser les centres NV. Le dopage au phosphore a poussé plus de 90 % des centres NV à l'état de charge négative, permettant la détection de champ magnétique. Cependant, le phosphore a introduit du bruit dans la lecture, annuler le résultat positif.
Dans cette étude, l'équipe a adapté le design du diamant pour préserver la stabilisation des centres NV négatifs, mais a supprimé le bruit induit par le phosphore. Ils ont utilisé une structure en couches, comme un sandwich, avec du diamant dopé au phosphore comme pain, et enfermé un remplissage de diamant à centre NV de 10 m d'épaisseur. Cela a stabilisé 70 à 80 % des centres NV dans l'état de charge négative, tout en réduisant le bruit précédemment observé dans le système.
"À l'heure actuelle, nous venons de démontrer la stabilisation, mais nous nous attendons à ce qu'il améliore également la sensibilité, " a déclaré Mizuochi. Son équipe teste actuellement la sensibilité de la nouvelle conception aux changements de champs magnétiques, et en espérant que cette structure puisse être utilisée pour des applications de biodétection telles que MEG.
