一位物理化学家和他的一群不同的学生正在研究纳米钻石的应用。对亚伯拉罕-沃尔科特来说，钻石所代表的意义远不止是闪闪发光的宝石和地位的象征。这位圣何塞州立大学的物理化学家从事纳米钻石的研究，纳米钻石是由较大的合成钻石分解而成的微型钻石。纳米钻石是如此之小，以至于一排8000个纳米钻石可以跨越人类头发的宽度。
像沃尔科特这样的科学家能用这样微小的宝石完成什么?事实上有很多。
钻石的碳基质使它可以安全地用于活体细胞和组织，而这些细胞和组织大多是碳。沃尔科特说，钻石也是化学惰性的，善于输送热量，并且是光学透明的--这意味着光很容易通过它们。简而言之，它们的化学特性使它们在各种应用中都很有价值，从蛋白质合成的实时检测到量子计算，当然，在这些特性上的应用研发都在早期阶段。
尽管你可能在高中化学课上学到的钻石是纯碳，但沃尔科特对其他元素在他的纳米钻石内外的作用更感兴趣。
他说，当氮原子被困在钻石的碳晶格中时，这种杂质会在碳原子应该出现的地方产生一个开放点，称为氮空位中心。当这个中心被绿光照射时，它会发出红光，然后研究人员可以依靠这种光芒来追踪纳米钻石在整个生物体内的移动。
但是，无论它们是在血液中还是在光缆中流动，为了让钻石做你想做的事情，首先需要能够控制它们的表面，而这正是实验室的大部分精力所在。
SSRL的过渡边缘传感器(TES)帮助研究人员研究胺和其他在钻石晶格下面排列的分子。当TES投入使用时，Wolcott的小组是第一批试用该传感器的人之一。
沃尔科特在圣何塞的研究小组正在努力将不同的化学基团附着在纳米钻石的表面。今年早些时候，他们在《物理化学快报》上发表了一篇关于开发一个稳定的化学反应的论文，通过首先用化学方法将溴原子哄骗到纳米金刚石的表面，将被称为胺的含氮化学基团附着到纳米金刚石的表面。研究人员说，这些发现对研究生物系统或量子传感器非常有用，他们还为其在纳米技术中的潜在应用申请了专利。
这一发展是大量工作的产物，小组的一些化学程序可能需要五天才能完成，这构成了一个潜在的后勤挑战，因为本科生一般都忙于上课，不需要全职在实验室。然而，她说清晰的沟通是团队的关键。学生们相互协调他们的时间表，像一条多天的流水线一样完成反应，直到反应完成。
在尝试用化学方法将不同的分子附着在纳米金刚石的表面后，研究人员需要一种方法来测试他们的反应是否成功。为此，他们把经过化学处理的纳米金刚石带到能源部的SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源(SSRL)。
同步辐射光源就像一个"生产高强度X射线束的大工厂"，工作人员李相俊说。当电子匆匆通过同步加速器的存储环时，超强的磁铁导致粒子束摆动，产生强大的X射线，被输送到每条光束线的实验站。在10-1号光束线，一个被称为过渡边缘传感器(TES)的仪器以精细的分辨率测量从实验样品中出来的X射线，它们可以揭示出物质的电子结构--即其电子能量排列方式的模式。在纳米钻石的情况下，TES可以检测到钻石表面存在哪些化学基团。
