一位物理化學家和他的一群不同的學生正在研究納米鑽石的應用。對亞伯拉罕-沃爾科特來說，鑽石所代表的意義遠不止是閃閃發光的寶石和地位的象徵。這位聖何塞州立大學的物理化學家從事納米鑽石的研究，納米鑽石是由較大的合成鑽石分解而成的微型鑽石。納米鑽石是如此之小，以至於一排8000個納米鑽石可以跨越人類頭髮的寬度。
像沃爾科特這樣的科學家能用這樣微小的寶石完成什麼？事實上有很多。
鑽石的碳基質使它可以安全地用於活體細胞和組織，而這些細胞和組織大多是碳。沃爾科特說，鑽石也是化學惰性的，善於輸送熱量，並且是光學透明的–這意味着光很容易通過它們。簡而言之，它們的化學特性使它們在各種應用中都很有價值，從蛋白質合成的實時檢測到量子計算，當然，在這些特性上的應用研發都在早期階段。
儘管你可能在高中化學課上學到的鑽石是純碳，但沃爾科特對其他元素在他的納米鑽石內外的作用更感興趣。
他說，當氮原子被困在鑽石的碳晶格中時，這種雜質會在碳原子應該出現的地方產生一個開放點，稱為氮空位中心。當這個中心被綠光照射時，它會發出紅光，然後研究人員可以依靠這種光芒來追蹤納米鑽石在整個生物體內的移動。
但是，無論它們是在血液中還是在光纜中流動，為了讓鑽石做你想做的事情，首先需要能夠控制它們的表面，而這正是實驗室的大部分精力所在。
SSRL的過渡邊緣傳感器（TES）幫助研究人員研究胺和其他在鑽石晶格下面排列的分子。當TES投入使用時，Wolcott的小組是第一批試用該傳感器的人之一。
沃爾科特在聖何塞的研究小組正在努力將不同的化學基團附着在納米鑽石的表面。今年早些時候，他們在《物理化學快報》上發表了一篇關於開發一個穩定的化學反應的論文，通過首先用化學方法將溴原子哄騙到納米金剛石的表面，將被稱為胺的含氮化學基團附着到納米金剛石的表面。研究人員說，這些發現對研究生物系統或量子傳感器非常有用，他們還為其在納米技術中的潛在應用申請了專利。
這一發展是大量工作的產物，小組的一些化學程序可能需要五天才能完成，這構成了一個潛在的後勤挑戰，因為本科生一般都忙於上課，不需要全職在實驗室。然而，她說清晰的溝通是團隊的關鍵。學生們相互協調他們的時間表，像一條多天的流水線一樣完成反應，直到反應完成。
在嘗試用化學方法將不同的分子附着在納米金剛石的表面后，研究人員需要一種方法來測試他們的反應是否成功。為此，他們把經過化學處理的納米金剛石帶到能源部的SLAC國家加速器實驗室的斯坦福同步輻射光源（SSRL）。
同步輻射光源就像一個”生產高強度X射線束的大工廠”，工作人員李相俊說。當電子匆匆通過同步加速器的存儲環時，超強的磁鐵導致粒子束擺動，產生強大的X射線，被輸送到每條光束線的實驗站。在10-1號光束線，一個被稱為過渡邊緣傳感器（TES）的儀器以精細的分辨率測量從實驗樣品中出來的X射線，它們可以揭示出物質的電子結構–即其電子能量排列方式的模式。在納米鑽石的情況下，TES可以檢測到鑽石表面存在哪些化學基團。