這可能聽起來(lái)很矛盾，但鉆石是新技術(shù)的關(guān)鍵，它可以為價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的醫(yī)學(xué)成像和藥物發(fā)現(xiàn)設(shè)備提供非常低成本的替代品。

由能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了如何利用納米級(jí)和微米級(jí)鉆石中的缺陷，并可能提高磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)的靈敏度。系統(tǒng)，同時(shí)不需要昂貴和龐大的超導(dǎo)磁體。

“這在我們的領(lǐng)域一直是一個(gè)未解決的問(wèn)題，我們能夠找到克服它的方法，并證明解決方案非常簡(jiǎn)單，”伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部博士后研究員Ashok Ajoy說(shuō)。以及加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)系，他是該研究的主要作者。“以前沒(méi)有人這么做過(guò)。我們發(fā)現(xiàn)的機(jī)制是全新的。”

MRI機(jī)器用于定位癌性腫瘤并有助于制定治療計(jì)劃，而NMR機(jī)器用于檢查藥物化合物和其他分子的原子級(jí)結(jié)構(gòu)和化學(xué)。

增強(qiáng)鉆石原子電子中的這種自旋極化可以比作將一些羅盤針的方向切換成許多不同的方向。與傳統(tǒng)的超導(dǎo)磁體相比，這些“超極化”旋轉(zhuǎn)可以為成像提供更清晰的對(duì)比度。

“這種納米級(jí)和微米級(jí)鉆石超極化的重要發(fā)現(xiàn)具有巨大的科學(xué)和商業(yè)意義，”Ajoy說(shuō)，因?yàn)橐恍┳钕冗M(jìn)的核磁共振和核磁共振儀器可能非常昂貴，而且對(duì)某些醫(yī)院和研究機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)是遙不可及的。

“這可能有助于拓展核磁共振和核磁共振市場(chǎng)，”他說(shuō)，并且還可能將設(shè)備從房間大小縮小到臺(tái)式大小，這“從一開始就是夢(mèng)想”。Ajoy是加州大學(xué)伯克利分校Alex Pines研究實(shí)驗(yàn)室的成員之一--Pines是伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的高級(jí)教師科學(xué)家，也是NMR作為研究工具開發(fā)的先驅(qū)。

科學(xué)家們一直在努力克服正確定位鉆石以實(shí)現(xiàn)更均勻的自旋極化的問(wèn)題 - 這個(gè)問(wèn)題在非常小的鉆石集合中更為明顯，這些鉆石呈現(xiàn)出混亂的方向混亂。例如，早期的研究已經(jīng)探討了在鉆石樣品中鉆出微小特征是否有助于控制其自旋極化。

具有缺陷(稱為氮空位)的鉆石中的可調(diào)旋轉(zhuǎn)特性 - 其中氮原子取代了鉆石晶體結(jié)構(gòu)中的碳原子 - 也已被研究用于量子計(jì)算中的潛在用途。在這些應(yīng)用中，科學(xué)家試圖控制電子的自旋極化，以此作為在更傳統(tǒng)的磁性計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中傳輸和存儲(chǔ)諸如零和零之類的信息的方式。

在最新的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)用綠色激光切割一系列微型鉆石，使其受到弱磁場(chǎng)的影響，并用微波源掃過(guò)樣品，他們可以通過(guò)增強(qiáng)鉆石中可控的自旋極化特性。與傳統(tǒng)的MRI和NMR機(jī)器相比，數(shù)百倍。

加州大學(xué)伯克利分校化學(xué)研究所的電工Emanuel Druga為這項(xiàng)新技術(shù)設(shè)計(jì)了一種大型測(cè)量工具，證明了這種工具在確認(rèn)和微調(diào)鉆石樣品的自旋極化特性方面起到了重要作用。“它允許我們?cè)诖蠹s一周內(nèi)進(jìn)行調(diào)試，”Ajoy說(shuō)。

該設(shè)備幫助研究人員為鉆石晶體提供了良好的尺寸。起初，他們使用的晶體尺寸約為100微米，或百萬(wàn)分之一英寸。粉紅色鉆石的微小樣本類似于細(xì)紅色的沙子。經(jīng)過(guò)測(cè)試，他們發(fā)現(xiàn)約1至5微米的鉆石表現(xiàn)約為兩倍。

例如，通過(guò)將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，可以以經(jīng)濟(jì)的方法制造小鉆石。

科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出一種小型化系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用現(xiàn)成的元件來(lái)產(chǎn)生激光，微波能量和在金剛石樣品中產(chǎn)生自旋極化所需的磁??場(chǎng)，并且他們申請(qǐng)了該技術(shù)的專利。和超極化系統(tǒng)。

“你可以考慮用其中一種系統(tǒng)改造現(xiàn)有的核磁共振磁體，”Raffi Nazaryan說(shuō)，他作為伯克利實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的本科研究員參與了這項(xiàng)研究。他指出，該系統(tǒng)的原型僅花費(fèi)數(shù)千美元。

雖然旋轉(zhuǎn)是短暫的，但研究人員表示他們正在探索連續(xù)極化樣品的方法，并且正在研究如何將這種極化轉(zhuǎn)移到液體中。Ajoy說(shuō)：“我們可以回收液體，使其以閉環(huán)流動(dòng)，或繼續(xù)注入新的極化液體。”