Ученые предложили измерять магнитные поля отдельных атомов при помощи микроскопического кристалла алмаза с NV-центром – особым дефектом в кристаллической решетке. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.

NV-центр, или азотно-замещенная вакансия в алмазе – точечный дефект, при котором атом углерода удален из решетки, а полученная «дырка» связана с атомом азота. В рамках нового исследования физики построили (только в теории) схему сверхчувствительного магнитометра с использованием такого дефекта.

Ученые начали с того, что рассмотрели атомный силовой микроскоп, на игле которого был расположен алмаз с дефектом. Подобные схемы предлагались в прошлом – в теории NV-центр способен реагировать на магнитные поля отдельных атомов.

На практике, однако, изучаемая частица должна располагаться близко к центру.

Как следствие, сам дефект должен быть близко к поверхности, а в этом случае он теряет свои хорошие квантовые свойства. В рамках новой работы ученые предложили способ обойти эту трудность – для этого достаточно на поверхность кристалла поместить дополнительную спин-систему, в качестве которой может служить отдельная молекула.

Она будет действовать как усилитель, позволяя дефекту регистрировать реакцию этой системы на магнитные поля отдельных атомов (в частности, их спины). По словам ученых, их расчеты показывают, что подобный усилитель позволит значительно повысить точность приборов на основе NV-центров.

Совсем недавно физики из из Института имени Лебедева совместно с коллегами из Гарварда предложили использовать алмазные нанокристаллы, содержащие центры окраски (один из вариантов точечных дефектов), для изучения процессов, происходящих внутри живых клеток.