金剛石中的氮空位（NV）中心在固態(tài)量子發(fā)射器中具有重要意義以及廣闊前景，然而，將NV中心與光子或?qū)拵У入x子體納米結(jié)構(gòu)耦合，以實(shí)現(xiàn)超靈敏的生物標(biāo)記的可能性尚未完全實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，制造具有增強(qiáng)亮度和高時(shí)間分辨率特性的獨(dú)立混合金剛石成像納米探針仍然面臨挑戰(zhàn)。因此，迫切需要開發(fā)一種高效通用的策略，實(shí)現(xiàn)納米金剛石NV中心與等離子體的高效耦合。

近日，Nano Letters（《納米快報(bào)》）在線發(fā)表武漢大學(xué)高等研究院梁樂課題組和約翰霍普金斯大學(xué)Ishan Barman課題組關(guān)于高效構(gòu)建等離子增強(qiáng)NV色心的納米器件研究進(jìn)展，他們利用自下向上的DNA自組裝方法開發(fā)了一種混合型獨(dú)立式等離子體納米金剛石，通過構(gòu)建一個(gè)封閉的等離子體納米腔，極高效率實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)納米金剛石的完全分裝，從而顯著加快納米金剛石NV中心的躍遷速率，相關(guān)的單納米粒子光譜表征表明，等離子體納米金剛石的亮度和發(fā)射速率顯著增強(qiáng)。利用DNA自組裝的多功能性，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建具有多種變體的不同尺寸的納米金剛石和金納米顆粒組合的納米組件。通過對(duì)結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)躍遷動(dòng)力學(xué)與等離子體納米腔存在因果關(guān)系，并證明封閉的等離子體納米腔優(yōu)于開放或半開放的納米腔。

圖1. 基于DNA自組裝構(gòu)建的等離子體納米金剛石

本文構(gòu)建的納米組件提供了一種強(qiáng)大、通用且具有生物相容性的方法，可增強(qiáng)具有NV中心的納米金剛石的轉(zhuǎn)化率以及亮度。該組件未來有望作為穩(wěn)定的固態(tài)單光子源，并可以充當(dāng)一個(gè)多功能平臺(tái)，通過提高空間和時(shí)間分辨率來研究生物系統(tǒng)中的量子效應(yīng)。