از کشف میکروارگانیسم­ ها در زمینه زیست ­شناسی گرفته تا تصویربرداری از اتم ­ها در زمینه فیزیک، تصویربرداری میکروسکوپی درک ما از جهان را بهبود بخشیده ­است و باعث پیشرفت­ های علمی بسیاری شده ­است. اکنون، با ظهور spintronics و دستگاه‌های مغناطیسی مینیاتوری، نیاز روزافزونی به تصویربرداری در مقیاس نانومتری برای تشخیص ویژگی‌های کوانتومی ماده، مانند اسپین‌های الکترون، ساختار حوزه مغناطیسی در فرومغناطیس‌ها، و پیچ‌های (vortices) مغناطیسی در ابررساناها وجود دارد.
به طور معمول، این کار با تکمیل تکنیک‌های میکروسکوپ استاندارد، مانند میکروسکوپ تونلی روبشی و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، با حسگرهای مغناطیسی برای ایجاد «پروب­های مغناطیس‌سنجی روبشی» که می‌توانند به حس ­کردن و تصویربرداری در مقیاس نانو دست یابند، انجام می‌شود. با این حال، این پروب­ ها اغلب به شرایط خلاء فوق‌العاده بالا، دماهای بسیار پایین نیاز دارند و از نظر تفکیک مکانی به دلیل اندازه ­ی پروب، محدود هستند.
در این راستا، مراکز خالی نیتروژن (NV) در الماس (نقص در ساختار الماس تشکیل شده توسط اتم­های نیتروژن در مجاورت "جای خالی" ایجاد شده توسط اتم­های از دست رفته) توجه قابل توجهی به دست آورده­ اند. جفت NV را می­توان با AFM ترکیب کرد تا تصویربرداری مغناطیسی محلی را انجام دهد و می­تواند در دما و فشار اتاق کار کند. با این حال، ساخت این پروب‌ها شامل تکنیک‌های پیچیده‌ای است که امکان کنترل زیادی بر شکل و اندازه پروب را نمی‌دهد.
 در یک مطالعه جدید که توسط دانشیار Toshu An از مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته ژاپن (JAIST) و Yuta Kainuma، دانشجوی دکتری JAIST، با همکاری پژوهشگران دانشگاه Kyoto، ژاپن، و موسسه ملی علوم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن انجام گرفت، به این موضوع پرداختند و پروب­ های الماس میزبان NV را با استفاده از یک روش جدید ترکیبی از برش لیزر و پرتو یون متمرکز (FIB) ساختند که هم درجه بالایی از آزادی فرآوری و هم کنترل بر شکل پروب را امکان­ پذیر می­کند. این مقاله در مجله Applied Physics منتشر شده ­است.
 برای شروع، این تیم مراکز N-V را در الماس بالک با کاشت یون­ های نیتروژن در آن ایجاد کردند. سپس سطح مقابل را صیقل دادند و چندین قطعه میله­ ای شکل را با برش لیزری تولید کردند. آن­ها یکی از میله­ های الماس را به نوک یک پروب AFM وصل کردند و از فرآوری FIB برای تبدیل سطح جلوی میله الماس به شکل نهایی پروب استفاده کردند. از یون‌های گالیوم برای شکل دادن به پروب در روش FIB  استفاده می‌­شود. با این حال، این یون‌ها می‌توانند جای خالی در ساختار الماس ایجاد کنند و حالت شارژ در عیب NV را تغییر دهند. برای جلوگیری از هر گونه آسیب به مرکز NV، ما از یک الگوی آسیاب دونات شکل در اطراف مرکز پروب استفاده کردیم. پروب نهایی یک میکروستون متشکل از ۱۰۳ مرکز NV با قطر ۳/۱ میکرومتر و طول ۶ میکرومتر بود.
با استفاده از این پروب، این گروه از ساختار دامنه مغناطیسی دوره­ای در یک نوار مغناطیسی تصویربرداری کردند. دکتر An توضیح می‌دهد: "ما میدان‌های مغناطیسی سرگردان را از ساختار حوزه مغناطیسی با نقشه ­برداری شدت فوتولومینسانس در یک فرکانس ثابت مایکروویو و فرکانس‌های تشدید در طیف‌های تشدید مغناطیسی تشخیص‌داده‌شده نوری تصویر کردیم. این تیم خوشبین است که روش ساخت جدید، کاربرد پروب­های تصویربرداری کوانتومی را گسترش دهد. در سال­ های اخیر، توسعه دستگاه­ های جدید برای حل مشکلات زیست محیطی و انرژی و تحقق شکوفایی پایدار جامعه بشری مورد کاوش بوده ­اند. انتظار می­رود فناوری اندازه ­گیری و سنجش کوانتومی، سیستمی را که زیرساخت­های اجتماعی را پشتیبانی می­کند، در آینده اصلاح کند. از این نظر، تکنیک ساخت ما می‌تواند به افزایش تلاش‌ها برای تحقق تصویربرداری کوانتومی در مقیاس نانو کمک کند.
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۱/۱۴/toward-superior-nanoscale-sensing-and-imaging-with-optimized-diamond-probes
نویسندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی