يتكون الألماس النقي من ذرات كربونٍ منظّمة في شبكةٍ بلوريةٍ متكاملةٍ، ولكن قم بإزالة بعض ذرات الكربون واستبدلها بذرات نيتروجين وستحصل على ألماسٍ له خصائص استشعارٍ كميّةٌ مميزةٌ. تفيد هذه الخصائص في تطبيقات معلومات الكمّ والحقول المغناطيسية الاستشعارية، وكمنصة بحثٍ لسبر أسرار الفيزياء الكميّة.
عندما تجاور ذرة نيتروجين الفراغ الذي أخلته ذرة الكربون، فإنها تشكّل ما يُسمّى بمركز الشواغر النيتروجينية (nitrogen-vacancy (NV، وقد بيّن الباحثون حديثًا كيفية خلق المزيد من مراكز الشواغر النيتروجينية التي تُسهّل الحصول على حقول الاستشعار المغناطيسي، وذلك باستخدام طريقةٍ سهلةٍ نسبيًّا يمكن إجراؤها في العديد من المختبرات، وقد وصفوا نتائجهم في دورية Applied Physics Letters.
تقدّم حقول الاستشعار المغناطيسية مثالًا رئيسًا على أهمية هذا الاستشعار، حيث يمكن أن يحفّز الضوء الأخضر مراكز NV على (التشعيع) fluorescence (إصدار أشعة) وإصدار الضوء الأحمر، ولكن يتغيّر مقدار هذا التشعيع بوجود حقلٍ مغناطيسيٍ. ومن خلال قياس سطوع التوهج يمكن لمراكز NV أن تساعد في تحديد قوة الحقل المغناطيسي. ويمكن لمثل هذا الجهاز أن يأخذ صورًا مغناطيسيةً لنطاقٍ واسعٍ من نماذج العينات، بما في ذلك الصخور والأنسجة البيولوجية.
تتحدّد حساسية هذا النمط من الكشف المغناطيسي بواسطة تركيز مراكز NV، في حين ينتج عن الفراغات التي لا تحلّ فيها ذراتٌ من النتروجين تشويشًا، وبالتالي فإن التحويل عالي المردود لهذه الشواغر إلى مراكز NV، إضافةً إلى زيادة تركيز مراكز NV إلى الحد الأعظمي، من شأنه أن يلعب دورًا رئيسًا في تطوير طرائق الكشف هذه.
ويشتري الباحثون عادةً الألماس المهجَّن (المطعَّم) بالنيتروجين nitrogen-doped من شركةٍ منفصلةٍ، ثم يقذفون الألماس بالإلكترونات أو البروتونات أو جسيماتٍ أخرى تعمل على إزاحة بعض ذرّات الكربون تاركةً وراءها شواغر.
وفي النهاية تدفع عملية تسخينٍ وتبريدٍ بطيئةٌ الشواغرَ المجاورة لذرّات النتروجين برفقٍ محرّضةً إياها على تشكيل شواغر نتروجين، وتكمن المشكلة في أن التعرض للأشعة السينية يتطلب إرسالك لعيناتك إلى منشأةٍ منفصلةٍ، الأمر الذي يستهلك الوقت والمال.
يقول ديما فارفورنيك Dima Farfurnik من الجامعة العبرية في القدس، إسرائيل: "ما يميّز نهجنا هو بساطته الشديدة إضافةً إلى مباشرته، إذ يمكنك الحصول على تراكيزَ مرتفعةٍ بما فيه الكفاية من الشواغر النيتروجينية الملائمة للعديد من التطبيقات بإجراءاتٍ بسيطةٍ يمكن القيام بها منزليًا".
