Новая техника, предложенная учеными из США и основанная на электронном парамагнитном резонансе, с помощью наноалмазов и лазеров позволяет измерять локальные магнитные поля в жидких средах.

Как считают исследователи, предложенный ими метод может использоваться для мониторинга широкого круга явлений, в частности, процессов, проходящих в биологических клетках. Кроме того, методика открывает новые возможности для исследования электрохимических ячеек. Теоретически она даже позволяет получить изображение магнитных полей вокруг нейронов в мозгу человека.

Так называемая азотная вакансия в кристалле алмаза представляет собой один из примеров дефектов, особенно полезных для различных квантово-механических приложений, поскольку она отличается большим временем когерентности спинов даже при комнатной температуре. Это означает, что спину в дефекте требуется время на то, чтобы «переключиться» из своей первоначальной ориентации. Это, в свою очередь, позволяет их надежно считывать и инициализировать при необходимости. В частности, как показали в своей работе ученые из University of California (США), подобные структуры можно использовать в качестве квантового зонда для обнаружения магнитных полей в окружающем их пространстве.

Техника, предложенная учеными, подразумевает измерение электронного парамагнитного резонанса азотной вакансии в наноалмазах, зафиксированных при помощи оптической ловушки (оптического пинцета, впервые предложенного в Bell Laboratories в США в 1970-х годах). Такой захват подразумевает использование настолько сфокусированного лазерного луча, что частицы, попадающие в зону его действия, не отталкиваются лучом, а стремятся занять положение в точке фокусировки. Таким образом, частицы левитируют в оптической ловушке. При перемещении фокуса такого «пинцета» в жидкой среде, существует возможность выбора места, где будет размещена зафиксированная в нем частица без необходимости физического контакта с ней.

Для детектирования магнитного поля ученые использовали коммерчески доступные наноалмазы, в которых было создано более 500 азотных вакансий внутри каждой частицы, размеры которой не превышали 100 нм. После этого ученые использовали электронный парамагнитный резонанс для измерения структуры энергетических уровней азотных вакансий. По результатам этих измерений на основе эффекта Зеемана ученые смогли оценить величину магнитного поля, окружающего наночастицы.

Преимуществом подобной техники является возможность измерения локальных полей в достаточно малой области пространства, ведь сами наноалмазы могут быть размещены там, где это необходимо, с нанометровой точностью. Кроме того, по желанию их можно перемещать по образцу с помощью описанной выше оптической ловушки. Таким образом, техника имеет потенциал применения при исследованиях субмикронных биофизических систем, например, биологических клеточных процессов. Предложенная методика дает возможность визуализации процессов, которые трудно было исследовать обычными средствами. В частности, метод позволяет получить новые сведения об электрохимических ячейках, поверхностном катализе и других процессах.

По словам ученых, в данный момент они планируют совместить преимущества наноалмазов с азотными вакансиями и познания в микрофлюидике в сочетании с методиками оптического захвата и электронного парамагнитного резонанса для применения при решении конкретных практических задач. 

Источник: http://sci-lib.com/article1562.html