나노 MRI

전문가 제언

다이아몬드의 탄소 한 개를 질소로 대체하면 주변에 음으로 대전된 빈자리가 발생하여 질소 빈자리(NV: nitrogen vacancy) 센터를 형성한다. 이 NV 센터는 나노미터 수준의 신호감지와 영상 구현에 아주 유용한 도구가 되고 있다. 특히 NV 센터의 스핀 상태가 상온에서도 상대적으로 오랫동안 양자 결맞음(quantum coherence) 상태를 유지하기 때문에 다양한 외부의 신호들을 감지하는데 아주 예민한 도구로 사용되고 있다.

 

NV 센터의 위치, 국소적 자기장과 전기장, 그리고 온도 등 신호는 마이크로파를 통하여 조정되고 측정될 수 있다. 또한 다이아몬드가 상대적으로 생체에 무해하기 때문에 바이오센서로서도 활용될 수 있어 NV 센터를 이용하여 생체의 전자 및 핵 스핀을 측정하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 Nature Nanotechnology에 발표된 논문을 통하여 Grinolds 연구팀은 다이아몬드 표면에 존재하는 단일 전자스핀에 대한 3차원 자기공명 영상(MRI: magnetic resonance imaging)을 구현하였음을 발표하였다.

 

이러한 성과는 NV 센터를 이용한 영상 구현이 나노미터 수준의 핵자기공명 가능성에 접근하고 있음을 분명히 해준다. 그리고 지금까지 NV 스핀 상태의 결맞음을 깨트려 영상 구현을 제한하였던 다이아몬드 표면의 스핀들을 제어할 수 있는 가능성도 제시한다. NV 센터를 이용하여 자기장을 측정할 수 있는 이유는 NV의 바닥상태(ground state)가 스핀이 1인 삼중상태(triplet)이기 때문이다. 자기장이 존재하면 삼중상태는 ？0>와 ？±1>의 상태로 갈라지며 따라서 마이크로파를 이용하여 상태 간의 전이를 유도할 수 있다.

저자

Lloyd Hollenberg

자료유형

연구단신

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

9()

잡지명

Nature Nanotechnology

과학기술
표준분류

재료

페이지

253~255

분석자

김*구

분석물

• 나노 MRI.pdf [212,868 byte]

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