鉆石中的雜質(zhì)，不僅使鉆石顏色多彩，而且它們也可以把鉆石變成精確的磁場和溫度傳感器。當(dāng)雜質(zhì)剛好是一個(gè)氮原子時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中就會(huì)有一個(gè)間隙或缺陷這樣的 變形，即氮原子取代了碳原子及鄰近的晶格空位，又被稱為氮晶格空位中心(nitrogen-vacancy center，NVC)。在空位中心中的電子 顯示出顯著的自旋狀態(tài)一致性，而人們可以精確地操作這種狀態(tài)。如果能長時(shí)間保存納米級(jí)鉆石內(nèi)的電子一致性，我們不僅將有完善的量子計(jì)算機(jī)的量子位，而且還 將制造出可以完美揭示神經(jīng)元的秘密的設(shè)備。
有很多的鉆石 NVC 能存儲(chǔ)光子，同時(shí)它們還可能攜帶了數(shù)毫秒的量子數(shù)據(jù)。最近的新技術(shù)通過將它們加入被稱為 SP1 的蛋白質(zhì)環(huán)狀分子中，自組裝出納米大小的鉆石結(jié)構(gòu)。但是嘗試縮減納米鉆石時(shí)經(jīng)常遇到的問題是：在微妙范圍內(nèi)通常顯示出較差的旋轉(zhuǎn)一致性。劍橋大學(xué)的研究員發(fā)現(xiàn)了在合成的鉆石中保護(hù) NVC 旋轉(zhuǎn)的方法。
制造只有數(shù)十納米寬且原子精確的鉆石傳感器可以說是技術(shù)上的挑戰(zhàn)，且沒有別的方法可以取代。更大的挑戰(zhàn)是建立研究它們的復(fù)雜裝置。一旦你要將這么多感應(yīng)器放置在需要的地方，那么光線變成了提取一個(gè)細(xì)胞的重要部分或者提取它內(nèi)部數(shù)百個(gè)亞細(xì)胞器的關(guān)鍵。
由于 NVC 熒光素處于溫度依賴方式時(shí)，納米熱或者很細(xì)微(約 2 millikelvin)的溫度測量跨甚至更小的空間(在 200 納米的范圍內(nèi))和時(shí)間范圍發(fā)生變化。研究員能使用定做的掃描共聚焦顯微鏡測量這種發(fā)射光。而且 NVC 對(duì)磁場和電場非常敏感，所以研究員能將它們當(dāng)做一個(gè) DC 磁力儀來操作?；旧?，這些磁力儀能演示磁共振的光學(xué)檢測。
納米鉆石要解決的一個(gè)問題是將它們放進(jìn)細(xì)胞時(shí)怎么樣才能讓它們留在原地不動(dòng)。通過使用其他方法包括基因編碼的熱敏元件已經(jīng)解決了這個(gè)問題。如果這些新的納米鉆石能附在像上面提到的 SP1 蛋白質(zhì)上，那么這將是觀察和了解細(xì)胞的完美工具了。
