說(shuō)起鉆石，大家就會(huì)想到真摯的愛(ài)情、美滿(mǎn)的婚姻。其實(shí)，鉆石除了美麗之外，它還有意想不到的實(shí)際作用，那就是打造極其靈敏的傳感器。我們的生活早就被各種傳感器包圍，從心電監(jiān)護(hù)到煙霧報(bào)警器，每天，傳感器都通過(guò)搜集光線(xiàn)、電流、圖像和聲音，監(jiān)測(cè)我們的身體和周邊環(huán)境的微小變化。但是，目前的傳感器仍然無(wú)法探測(cè)納米級(jí)別的磁場(chǎng)，大大阻礙了我們對(duì)未知的探究。而鉆石，憑借它特殊的晶體結(jié)構(gòu)，為我們開(kāi)啟新世界的大門(mén)。戴德姆（DIADEMS）開(kāi)發(fā)出的人造鉆石傳感器能夠以前所未有的超高精度測(cè)量磁場(chǎng)，目前，他們正在把該成果進(jìn)行商業(yè)化。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在四家新秀公司取得成功。

戴德姆自2016年被科迪斯收購(gòu)后，工作上取得了很大的進(jìn)展。當(dāng)年，該財(cái)團(tuán)的目標(biāo)是制造能夠探測(cè)納米級(jí)以下磁場(chǎng)分布的人造鉆石傳感器?，F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，Diadems超出了所有研究人員的期望，他們現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)市場(chǎng)應(yīng)用，同時(shí)進(jìn)行一個(gè)潛在的新研究項(xiàng)目的研究工作。

氮原子嵌入到金剛石晶格中

戴德姆的傳感器是基于人造超純鉆石中的“氮空位”（NV）中心進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。超純單晶金剛石中的單個(gè)碳原子被一個(gè)氮原子取代后，相鄰的晶格空隙就產(chǎn)生了一個(gè)氮空位中心，也就能夠探測(cè)納米級(jí)別的磁場(chǎng)。為了能更好地發(fā)揮氮空泡中心的性能，鉆石中的氮空泡需要?jiǎng)偤迷诰w表面之下，因?yàn)橛行У拇?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/耦合/" target="_blank">耦合（測(cè)量用效應(yīng)）取決于傳感器與樣品材料之間的緊密接觸。如果可以控制氮空泡的性質(zhì)，包括所注入的氮原子的位置和朝向，便能生產(chǎn)出適用于不同設(shè)備的敏感傳感器。

如何做到？

對(duì)于戴德姆研究團(tuán)隊(duì)而言，“離子注入”，也就是將氮原子注入正確的位置尤為關(guān)鍵。試想將氮離子照進(jìn)面積約4平方毫米（4mm square）、厚度只有半毫米的鉆石晶體，難度非同小可。如何操作呢？可以考慮通過(guò)控制輸入的離子的能量，直接將氮植入幾納米（1 納米=10^-9米）以下的晶體表面。

或者采用另一種新型技術(shù)，也就是把氮原子添加在仍在生長(zhǎng)的鉆石里。DIADEMS的研究團(tuán)隊(duì)使用合成的石頭，在其生長(zhǎng)的過(guò)程（被稱(chēng)為化學(xué)氣相沉積）中，采用高溫含碳?xì)怏w來(lái)創(chuàng)造鉆石。只要在這些氣體中添加氮?dú)猓涂梢栽诒砻嬷驴煽氐奈恢蒙梢粚拥?，氮空泡中心的性能也就得以控制?/p>

應(yīng)用前景廣闊

可以說(shuō)，鉆石氮空泡傳感器的成功開(kāi)發(fā)，意義非凡。這意味著在我們可以在單個(gè)分子水平上分析物質(zhì)特性，我們的很多醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)等方面的難題也將迎刃而解。

戴德姆項(xiàng)目的合作者、泰勒斯研究與技術(shù)中心的蒂埃里·德布伊斯施特（Thierry Debuisschert）表示：“其中一個(gè)應(yīng)用是制作用于監(jiān)測(cè)電子電路的廣域磁成像儀。因?yàn)樗梢栽谑覝睾铜h(huán)境大氣條件下工作，所以是一種使用起來(lái)非常方便的新工具?！?/p>

“還有其他應(yīng)用：可以增強(qiáng)高密度硬盤(pán)的讀/寫(xiě)磁頭特性，這樣就可以再增加磁盤(pán)的容量；核磁共振（NMR）要求具有較高的靈敏度，在MRI機(jī)器中使用該技術(shù)可以降低成本和減小磁場(chǎng)強(qiáng)度；新型光子器件可以提高NV熒光探測(cè)器的效率；可以用在反鐵磁材料GHz范圍的光譜分析及磁疇的表征工作中?！?/p>

因?yàn)橛羞@么巨大的潛力，所以我們好不驚訝地看到歐洲各地涌現(xiàn)出一些相關(guān)的項(xiàng)目。例如，項(xiàng)目合作伙伴AttoCube目前正在開(kāi)發(fā)一種原子力和共焦組合的顯微鏡。這種顯微鏡使用單個(gè)NV中心作為傳感器，主要用在商業(yè)使用上。第6元素公司（Element 6）是戴德姆的另一個(gè)合作伙伴，做了許多基于NV先進(jìn)材料的投資和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。蒂埃里說(shuō)：“項(xiàng)目合作伙伴還啟動(dòng)了四個(gè)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目：nVision、SQUTEC、qnmi和qzabre?！?/p>

他補(bǔ)充說(shuō)：“自項(xiàng)目結(jié)束以來(lái)，我們一直表現(xiàn)的非常積極。我們的新目標(biāo)是提高帶寬、靈敏度和分辨率，我們還在研究新的應(yīng)用，例如基于金剛石光學(xué)諧振器的微波天線(xiàn)、高靈敏度傳感器?！?/p>

該財(cái)團(tuán)還提交了一份關(guān)于在Horizon 2020中獲得進(jìn)一步供資的新提案，目前相關(guān)單位正在對(duì)該提案進(jìn)行評(píng)估。其目標(biāo)有三：一是開(kāi)發(fā)基于磁場(chǎng)測(cè)量的先進(jìn)應(yīng)用，如電動(dòng)汽車(chē)、疾病早期診斷、生物學(xué)、機(jī)器人和無(wú)線(xiàn)通信管理。二是致力于制作全新的傳感器，以檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)的溫度、監(jiān)測(cè)高壓下物質(zhì)的新?tīng)顟B(tài)、感測(cè)具有極高靈敏度的電場(chǎng)。三是開(kāi)發(fā)新的測(cè)量工具來(lái)描述制藥工業(yè)中單分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以及納米級(jí)自旋電子器件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

新項(xiàng)目將開(kāi)發(fā)社會(huì)上十分必需的新工具，利用這些全新的工具設(shè)備將獲得以下預(yù)期成果：實(shí)現(xiàn)制備具有超低雜質(zhì)水平的最高品位金剛石材料，開(kāi)發(fā)出能克服傳感方案中殘余噪聲的先進(jìn)傳輸協(xié)議，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)微型和高效器件的工程優(yōu)化。