制造等离子纳米金刚石

金刚石中的氮空位（NV）中心在固态量子发射器中具有重要意义以及广阔前景，然而，将NV中心与光子或宽带等离子体纳米结构耦合，以实现超灵敏的生物标记的可能性尚未完全实现。实际上，制造具有增强亮度和高时间分辨率特性的独立混合金刚石成像纳米探针仍然面临挑战。因此，迫切需要开发一种高效通用的策略，实现纳米金刚石NV中心与等离子体的高效耦合。

近日，Nano Letters（《纳米快报》）在线发表武汉大学高等研究院梁乐课题组和约翰霍普金斯大学Ishan Barman课题组关于高效构建等离子增强NV色心的纳米器件研究进展，他们利用自下向上的DNA自组装方法开发了一种混合型独立式等离子体纳米金刚石，通过构建一个封闭的等离子体纳米腔，极高效率实现对单个纳米金刚石的完全分装，从而显著加快纳米金刚石NV中心的跃迁速率，相关的单纳米粒子光谱表征表明，等离子体纳米金刚石的亮度和发射速率显著增强。利用DNA自组装的多功能性，实现创建具有多种变体的不同尺寸的纳米金刚石和金纳米颗粒组合的纳米组件。通过对结构和性能进行系统研究，发现跃迁动力学与等离子体纳米腔存在因果关系，并证明封闭的等离子体纳米腔优于开放或半开放的纳米腔。

图1. 基于DNA自组装构建的等离子体纳米金刚石

本文构建的纳米组件提供了一种强大、通用且具有生物相容性的方法，可增强具有NV中心的纳米金刚石的转化率以及亮度。该组件未来有望作为稳定的固态单光子源，并可以充当一个多功能平台，通过提高空间和时间分辨率来研究生物系统中的量子效应。