Imagenología de Agotamiento de Estado Fundamental de Alta Resolución de Centros Nitrógeno-Vacancia en Nanodiamantes

Resumen

El centro de nitrógeno-vacancia cargado negativamente (NV⁻) en nanodiamantes (NDs) ha sido estudiado recientemente para aplicaciones en imagenología celular debido a su mejor fotoestabilidad y biocompatibilidad comparado con otros fluoróforos. La imagenología de superresolución logrando resolución de 20 nm de NV⁻ en NDs ha sido probada a lo largo de los años usando enfoques de imagenología sub-difracción como microscopía de localización estocástica de molécula única y microscopía de depleción por emisión estimulada. Aquí mostramos la primera demostración de nanoscopía de agotamiento de estado fundamental (GSD) de estos centros en NDs usando tres haces: un haz de sonda, un haz de agotamiento y un haz de reinicio. El haz de agotamiento a 638 nm fuerza los centros NV⁻ al estado metaestable oscuro en todas partes menos en el mínimo local, mientras un haz gaussiano a 594 nm sondea los centros NV⁻ y un haz de reinicio a 488 nm se usa para repoblar el estado excitado. Se demuestra imagenología de superresolución de un solo centro NV⁻ con ancho a mitad de máximo de 36 nm, y dos centros NV⁻ adyacentes separados por 72 nm son resueltos. La microscopía GSD se aplica aquí a NV⁻ en NDs con una potencia óptica mucho menor comparada con diamante a granel. Este trabajo demuestra la necesidad de controlar la concentración de nitrógeno en NDs para adaptar su aplicación en métodos de imagenología de superresolución y allana el camino para estudios de interacciones a nanoescala de NV⁻ en NDs.

Introducción

El centro de nitrógeno-vacancia (NV⁻) en diamante, consistente de nitrógeno sustitucional con una vacancia vecina, ha atraído amplio interés en varios campos científicos y tecnológicos, entre los más notables como memoria cuántica en futuras computadoras cuánticas [1], un magnetómetro muy sensible [2] con aplicaciones en imagenología biomédica de células vivas [3] y de actividad neuronal [4], y como sonda a escala atómica en varios métodos de imagenología de superresolución como microscopía de depleción por emisión estimulada (STED) y su variante de espín, una variante de microscopía de agotamiento de estado fundamental (GSD) [5-7] y microscopía de localización estocástica de molécula única (SMLM) con localización de espín nanométrica [8]. En particular, métodos que baten el límite de difracción en microscopía de fluorescencia representan un cambio de paradigma en la ciencia biomédica actual [9] y NV⁻ en diamante ha jugado un papel relevante en esta área como una nueva nanodispositivo. Debido a la inercia del diamante, alta biocompatibilidad, robustez y la fotoestabilidad de la fotoluminiscencia de NV⁻ con alto rendimiento cuántico, ha sido ampliamente explorado para aplicaciones en ciencia biomédica y biofotónica [10, 11] y en microscopía cerebral [12] también en su forma nanoestructurada conocida como nanodiamantes (NDs) [13, 14]. Los NDs retienen propiedades de fluorescencia de NV similares al diamante a granel con las ventajas de ser más compatibles para aplicaciones de imagenología de superresolución en ciencias de la vida [15]. Sin embargo, debido a la inhomogeneidad en formas y dopaje de nitrógeno del material de los NDs fluorescentes producidos en masa actualmente, induciendo propiedades variables de NV comparado con diamante a granel y a menudo hospedando otras impurezas, la imagenología de superresolución usando NDs es generalmente más desafiante comparada con diamante a granel.

Las limitaciones para aplicar métodos de superresolución a NDs comparado con diamante a granel de mejor pureza están asociadas con la variabilidad de las propiedades foto-físicas de NV⁻ debido a la inhomogeneidad de la concentración de nitrógeno en NDs, trampas de carga, y otras concentraciones de impurezas.

La imagenología a nanoescala de centros NV⁻ en NDs ha sido demostrada con microscopía STED con potencia de haz de agotamiento > 650 mW para lograr resolución de 20 nm [16, 17] (la resolución máxima en diamante a granel se logró con unos pocos 3.7 GW/cm² [5]); sin embargo, una modalidad de imagenología que logre resolución a nanoescala con intensidades ópticas en el orden de µW es necesaria para por ejemplo imagenología celular in vivo a nanoescala para reducir foto-toxicidad. Los NDs tienen la ventaja de permitir marcado celular, lo que no es posible con la plataforma a granel y se ha usado para imagenología de superresolución de campo magnético usando SMLM [18], que es menos foto-tóxica que microscopía STED o GSD. La imagenología de superresolución previa de NV⁻ en diamante a granel usando GSD se logró agotando su estado fundamental usando un haz de alta intensidad de 532 nm excitando los centros al estado luminiscente; por lo tanto, el agotamiento del estado fundamental ocurre vía el estado excitado [7]. Sin embargo, este enfoque también requería intensidades ópticas muy altas para lograr superresolución (varios GW/cm² para alcanzar resolución < 10 nm) y un algoritmo de reconstrucción de imagen para lograr una imagen positiva [19]. La superresolución de baja potencia se ha logrado usando láser pulsado de picosegundos induciendo la conversión de carga de NV⁻ a su estado de carga neutro (NV⁰ con línea de fonón cero a 575 nm) en diamante a granel, conocida como nanoscopía de depleción por conversión de estado de carga (CSD) [20, 21]; sin embargo, la potencia promedio del haz de agotamiento fue 1 mW para alcanzar resolución de 12 nm y el mecanismo parece ser dependiente del material, es decir, concentración de nitrógeno ultra-baja (menor a 5 ppb [21]), generalmente lograda en diamante a granel de deposición química de vapor de grado electrónico.

Un enfoque alternativo a la nanoscopía GSD de centros NV⁻ en diamante a granel usó el estado metaestable oscuro para agotar el estado fundamental usando mucha menor potencia vía un estado metaestable de larga vida, como se propuso originalmente en Ref. [22] y se demostró por primera vez en Ref. [23] en células de mamífero usando tinte orgánico Atto532.

El principio de GSD es la desactivación de la fluorescencia de un marcador fluorescente a través de un enfoque de dos haces. El primer haz es el de excitación o sonda, que excita el fluoróforo al estado excitado, y el segundo haz es el de inhibición, que apaga la fluorescencia. La desactivación de fluorescencia se logra al almacenar transitoriamente la población de un fluoróforo en un estado metaestable o un estado triplete de larga vida. Las transiciones ópticas entre estados metaestables singletes y estados tripletes requieren un volteo de espín y por tanto son ópticamente suprimidas [23].

En Ref. [24], GSD fue habilitado bombeando continuamente el centro de 25 a 200 µW de potencia óptica de un láser CW rojo (638 nm) que lleva el NV⁻ a un estado no fluorescente poblado su estado metaestable de larga vida, agotando así su estado fundamental, mientras un láser azul (476 nm) se usó para vaciar el estado metaestable oscuro induciendo transiciones a estados de mayor energía. Aquí el láser de 638 nm se usa también para excitar el centro incluso si no eficientemente y luego almacenarlo en su estado metaestable. NV⁻ mostró luminiscencia solo cuando fue excitado con ambos láseres azul y rojo. Una resolución de 16 nm se logró con 5 mW de potencia de láser de agotamiento, que es mucho menor que la usada en STED o GSD previo. Una posible limitación de este método podría ser la dependencia de las propiedades del estado metaestable de diferentes tipos de diamante con menos o más contenido de nitrógeno, o incluso más en NDs, limitando su aplicabilidad. En Ref. [24], el diamante a granel era diamante de grado óptico tipo IIa, que corresponde a una concentración de nitrógeno de 500 ppm, mucho mayor que el trabajo más reciente en CSD [21], que depende de baja concentración de nitrógeno (< 5 ppb). La declaración reportada en Ref. [21] de que el estado oscuro de Ref. [24] es el estado de carga neutro de NV⁻ sufre de no considerar que en alta concentración de nitrógeno la conversión de carga NV⁻/⁰ está suprimida [25] y NV es predominantemente su estado de carga negativo; además, la vida medida del estado oscuro es muy larga y no puede atribuirse a un proceso de conversión de carga. De hecho, CSD no ha sido probado aún en NDs fluorescentes comerciales (derivados de diamante de alta presión y alta temperatura, HPHT) debido a su alta concentración de nitrógeno, inestabilidad de carga debido a otros defectos y propiedades foto-físicas variables debido a la falta de control de material.

El mecanismo para establecer nanoscopía GSD tampoco ha sido reportado con centros NV⁻ en NDs debido a la hipótesis de que CSD no podría ocurrir en NDs.

En este artículo, mostramos que GSD puede realizarse en NDs, probando la dependencia de métodos GSD y CSD en la concentración de nitrógeno del diamante y provocando la necesidad de ingeniería de material de NDs para métodos específicos de superresolución y sensado de espín.

En este artículo, demostramos nanoscopía GSD de centros NV⁻ en NDs usando un mecanismo similar de conmutación fluorescente encendido/apagado logrado al almacenar electrones en el estado metaestable de larga vida usando un enfoque de tres haces y usando 300 µW para agotar completamente el estado excitado y lograr la máxima resolución. Aquí mostramos que las propiedades de NV⁻ en NDs no limitan la aplicabilidad de este método, como se pensaba previamente [24]. Además, pudimos distinguir dos centros NV⁻ dentro de los mismos NDs como se mostró previamente usando SMLM [26] y microscopía STED [17].

Para sustentar que el mecanismo de agotamiento de estado fundamental en nuestro trabajo se debe a un estado metaestable de larga vida en lugar de CSD, resumiremos los resultados clave recientes en relación a la conversión de estado de carga NV⁻/⁰. En este respecto a foto-ionización inducida, recombinación de estados de carga NV⁻/⁰ ha sido estudiada a fondo y se encontró que es dependiente de la longitud de onda de excitación [27, 28], con conmutación de estado de carga para excitación láser roja (o azul), con excitación roja usada para conmutar NV⁻ a su estado de carga neutro. Esta conmutación rápida ocurriendo a baja potencia láser se ha usado para implementar nanoscopía de depleción por estado de carga [21] y nanoscopía de reconstrucción óptica estocástica [8] solo en diamante a granel crecido por deposición química de vapor, donde la concentración de nitrógeno está bien controlada y generalmente muy baja debido a crecimiento a baja temperatura. Esta dinámica de conmutación debido a la conversión de estado de carga de NV basada en la longitud de onda de excitación no se observó en NDs [18, 26, 29], donde el parpadeo era debido a trampas de carga producidas por daño mecánico durante el proceso de fabricación (generalmente triturando microdiamantes HPHT de alta concentración de nitrógeno) u otros efectos asociados con oxidación [26, 29-31] o proximidad con otras impurezas aceptoras [18, 32], y como tal no relacionado a conversión de carga NV⁻/⁰. También se ha demostrado que la conversión de carga NV⁻ también depende fuertemente de la concentración de impurezas donadoras de electrones en la red de diamante, es decir, la conversión de estado negativo a estado de carga neutro está suprimida para alta concentración de impurezas donadoras (Nitrógeno) [25]. De hecho, se ha propuesto usar donadores y aceptores en diamante para estabilizar el estado de carga NV [33]. La mayoría de estos estudios se condujeron en diamante a granel y solo un trabajo reciente [34] mostró que el crecimiento de NDs a baja temperatura permite una incorporación menor de nitrógeno, y como tal los NDs se comportan como diamante a granel puro con conmutación fuerte de estado de carga para excitación láser roja (o azul), mientras que crecimiento a alta temperatura incorporando más impurezas de nitrógeno suprime significativamente esta conversión de carga.

En nuestros NDs, no hemos observado conversión de carga NV⁻/⁰ debido a excitación de longitud de onda láser, y atribuimos el estado oscuro de hecho al estado metaestable como se hizo previamente [24], también en vista del gran tamaño de los NDs aquí usados (~ 100 nm), sin parpadeo debido a estados de carga superficial, y más importante aún a su alta concentración de nitrógeno. Los NDs aquí estudiados son derivados comercialmente de microdiamantes HPHT con al menos concentración inhomogénea de 500 ppm de nitrógeno. El estado metaestable en Ref. [24] también es probado por su vida muy larga de 150 s.

Los centros NV⁻ son generalmente mejor excitados usando 532 o 561 nm ya que poseen una línea de fonón cero a 637 nm [35], correspondiente a la transición entre un estado fundamental triplete y estado excitado, predominantemente una transición conservadora de espín. Adicionalmente existe un estado metaestable singlete [36] sobre el cual el centro transita vía desintegración no radiante. La vida de transición óptica de NV⁻ en NDs es alrededor de 22 ns [37], más larga comparada con la de diamante a granel de 12 ns [35].

Un haz de excitación (sonda) a 594 nm promueve la transición del estado fundamental al estado excitado, mientras un haz de agotamiento a 638 nm almacena transitoriamente el electrón de centros NV⁻ del estado excitado al estado metaestable vía cruce entre sistemas no radiante (Fig. 1a). El uso de 594 nm como sonda se justifica por su alteración mínima de la población del estado oscuro si se compara con el verde (usualmente 532 o 561 nm) [24]. Este método efectivamente satura el cruce entre sistemas y vacía el estado fundamental, previniendo excitación al estado excitado de centros NV⁻ y subsecuente emisión de fluorescencia, cuando se sonda con 594 nm. Finalmente, un láser azul a 488 nm repuebla el estado excitado, inhibiendo la subsecuente desintegración rápida (ns) al estado fundamental [38].

Similarmente a STED, el haz de agotamiento es ingeniado espacialmente en un haz dona en el plano transversal para lograr imagenología de superresolución [24]. La resolución d de nanoscopía GSD obedece a la Ec. [23]:

d ≈ λ / {[2(NA)√(1 + I_D^max / I_s)]}

con NA denotando la apertura numérica de la lente objetivo, I_s la intensidad de saturación a la cual la mitad de la fluorescencia es agotada y I_D^max el valor máximo de intensidad del pico bordeando el cero.

Medimos una resolución de imagenología de 36 nm para un solo centro NV⁻ en ND dependiendo de la intensidad del haz de agotamiento. Además, dos centros NV⁻ separados por 72 nm han sido resueltos. Nuestro trabajo es prometedor para nanoscopía fluorescente dentro de células vivas con NDs conteniendo centros NV⁻ como biomarcadores.

Métodos Experimentales

Para este experimento, una suspensión de NDs de alta presión y alta temperatura (HPHT) nominalmente de 100 nm de tamaño [39, 40], limpiados con ácido y diluidos en solución MilliQ, fue usada. Un volumen de 20 µl de solución de NDs (1:200 diluido en agua MilliQ) fue depositado por gota en cubreobjetos de borosilicato limpiados con asher de plasma de oxígeno y secado al aire [37]. La configuración experimental para nanoscopía GSD consistió en un microscopio confocal casero con dos láseres de diodo de onda continua a longitudes de onda de 488 nm y 638 nm y un láser de helio-neón (HeNe) de onda continua a longitud de onda de 594 nm. En cada uno de los caminos de haz, un modulador acusto-óptico (AOM) fue instalado para crear pulsos ópticos fuera de los haces de luz continua y sincronizarlos respecto a cada uno. Después de propagar a través de los AOMs, un filtro espacial limpió los perfiles espaciales de haz. Una lente secundaria colimó cada haz para propagación adicional. Primero los haces láser a longitudes de onda de 488 nm y 638 nm fueron superpuestos espacialmente usando un dicroico de paso largo de 532 nm plano para láser (Semrock- LPD01 532R). Un dicroico secundario (Semrock- R405/488/543/638) superpuso espacialmente los tres haces reflejando las longitudes de onda de 488 nm y 638 nm y transmitiendo la longitud de onda de 594 nm. El perfil espacial de haz del haz de agotamiento a longitud de onda de 638 nm fue ingeniado en un haz dona usando una placa de fase. Además, una placa de onda cuarto fue colocada antes del objetivo para asegurar polarización circular del haz de agotamiento. Un objetivo de inmersión en aceite de alta apertura numérica (NA = 1.4) se usó para imaginar los NDs. Un dicroico (Semrock- LP02-671RU-25) separó la fluorescencia de los centros NV⁻ de las longitudes de onda de excitación y la redirigió a un detector de diodo de avalancha de fotón único (SPCM-AQRH-14FC) vía una fibra de modo único actuando como diafragma. La representación esquemática de la configuración óptica se muestra en Fig. 1b.

Nanopartículas de oro de tamaño promedio de 40 nm fueron depositadas por gota en un cubreobjetos de vidrio e imaginadas para investigar el perfil espacial del haz de agotamiento. Se observa una función de dispersión de punto en forma de dona con un anillo de alta intensidad y un mínimo local en su centro (inset de Fig. 1b).

Primero investigamos la respuesta temporal de cada pulso láser. Los AOMs son controlados a través de LabVIEW usando un generador de pulsos multicanal (PulseBlasterESR-PRO) que controla las propiedades temporales individuales de cada haz láser, así como el tiempo entre los tres haces. Debido a diferentes longitudes de camino óptico para cada uno de los láseres, pulsos ópticos generados al mismo tiempo tienen un tiempo de llegada ligeramente desplazado en el detector. Esto nos permite tener control temporal sobre los tres haces láser a escala sub-microsegundo.

Se midió un tiempo de subida y bajada de 60 ns para los haces de excitación (Fig. 1c). Los pulsos ópticos a longitudes de onda de 594 nm y 638 nm llegaron con una separación de 85 ns y 155 ns respecto al pulso a 488 nm. Cada uno de los pulsos láser genera fluorescencia que origina de varias fuentes diferentes, incluyendo el centro NV⁻, otras impurezas en el ND y defectos dentro del cubreobjetos de vidrio. Solo la fluorescencia generada por el haz de excitación es relevante para imagenología GSD. La fluorescencia de otros pulsos láser contribuye al ruido de la imagen de fluorescencia. Por esa razón, se introduce compuerta temporal para eliminar fluorescencia generada por pulsos láser distintos al haz de sonda. Esto se logra compuereando la detección con el tiempo de llegada del pulso de sonda, filtrando efectivamente otras fuentes fluorescentes y aumentando la relación señal-ruido de la imagenología.

Una secuencia de pulsos típica para nanoscopía GSD y la ventana de detección se da en Fig. 1d. Apagar la fluorescencia de centros NV⁻ se logró almacenando electrones en el estado de larga vida con un pulso de agotamiento a longitud de onda de 638 nm. La excitación de centros NV⁻ en la región sub-difracción fue provista por un pulso a longitud de onda de 594 nm, mientras un pulso a 488 nm reinició los centros NV⁻ de vuelta al estado excitado. Una secuencia de pulsos se repitió 500-1000 veces para asegurar alta relación señal-ruido. Las longitudes de pulso estaban en el rango 10-20 µs para el haz de sonda (594 nm) y el haz de reinicio (488 nm). La longitud de pulso óptima del haz de agotamiento se encontró ~ 300 µs (Fig. 2d). La optimización de la duración de pulsos de haz se basa en Ref. [24]; sin embargo, una optimización más sistemática debería realizarse para mejorar la resolución final. Se espera que la resolución dependa de la duración del pulso del haz de inhibición, que está limitada por la vida del estado metaestable.

Resultados y Discusión

El mecanismo de conmutación encendido/apagado fue investigado excitando un centro NV⁻ bajo las fuentes láser a longitudes de onda de 638 nm y 488 nm (Fig. 2a). Un aumento en la emisión de fluorescencia de centros NV⁻ fue detectado solo cuando los dos haces estaban superpuestos espacialmente. Este comportamiento de emisión se entendió, asumiendo que el haz a 638 nm preferencialmente almacenaba electrones en el estado de larga vida, mientras el haz a 488 nm permitía emisión espontánea (Fig. 1a). Asumimos una vida para el estado de larga vida de centros NV⁻ más corta (la única medición para NDs es 33-127 ns de ref.[38], mientras la transición de estado singlete es 300 ns [41]) que la vida del estado metaestable en diamante a granel (medida 150 s) [24] y mucho más larga que la vida del estado excitado [37].

Un solo centro NV⁻ fue seleccionado usando anti-bunching (Fig. 2c) medición para estudiar la potencia requerida para el haz de agotamiento para apagar efectivamente la fluorescencia en forma de dona [42]. Un haz a 594 nm fue añadido para sondear si el solo centro NV⁻ estaba en su estado encendido o apagado. La Figura 2b muestra la dependencia de fluorescencia del centro NV⁻ seleccionado en la intensidad del haz de agotamiento. Se observó un declive rápido en fluorescencia. A potencia de agotamiento de 151.2 µW, el centro NV⁻ fue efectivamente apagado.

Aquí, por primera vez a nuestro conocimiento, demostramos nanoscopía GSD aplicada a NDs para imagenología de superresolución de centros NV⁻ individuales.

Para lograr superresolución vía GSD, todos los emisores cubiertos por un haz de excitación enfocado son transitoriamente apagados, excepto en una región de tamaño sub-difracción, debido a la superposición del haz de agotamiento en forma de dona transfiriendo el centro a su estado oscuro de larga vida. La resolución obtenida puede cuantificarse por el perfil en el plano focal donde los centros están "encendidos" y escala según Ec. (1), donde I_s escala inversamente con la vida de los estados involucrados y con la sección transversal de inhibición de la transición óptica de apagado [43, 44].

La Figura 3a muestra una imagen de fluorescencia super-resuelta de un solo centro NV⁻ en un ND (Fig. 2c). El ancho a mitad de máximo (FWHM) es 57 nm en dirección x y 42 nm en dirección y (Fig. 3c).

La relación entre potencia de agotamiento y resolución se muestra en Fig. 3b. La curva teórica se basa en Ec. (1). La potencia adicional requerida para suprimir la fluorescencia del centro NV⁻ para los datos experimentales se atribuyó al ambiente local en el huésped ND y una vida de estado metaestable más corta [38] comparada con diamante a granel. Se nota que la resolución máxima de 42 nm se logra a 2.2 mW, mientras en Ref. [24] resolución de 12 nm se logró con 16 mW, correspondiente a una intensidad pico de 12 MW/cm² para el haz de agotamiento.

Además, aplicamos nanoscopía GSD para demostrar imagenología a nanoescala de dos centros NV⁻ cercanamente espaciados. La Figura 4a muestra una imagen confocal de centros NV⁻. Bajo nanoscopía GSD, dos centros NV⁻ individuales son imaginados con resolución a nanoescala (Fig. 4b). La distancia centro-a-centro entre los dos centros NV⁻ es 72 nm (Fig. 4c). El FWHM para los dos centros NV⁻ resueltos en dirección y es 36 nm (Fig. 4d) y 38 nm, respectivamente (Fig. 4e). Atribuimos el desalineamiento entre el eje mayor del ND y los centros NV⁻ resueltos a un deriva mecánica durante el escaneo de imagen confocal.

Conclusiones

En este trabajo, hemos implementado nanoscopía GSD usando el estado metaestable de centro NV⁻ en nanodiamantes, mostrando imagenología super-resuelta de centros NV⁻. Un solo centro NV⁻ con FWHM de 36 nm es resuelto. La escala de la resolución respecto a la intensidad del haz de agotamiento también se muestra, y la máxima superresolución se logra con 2.2 mW de potencia de agotamiento. Además, dos centros NV⁻ separados por 72 nm fueron resueltos. Este resultado abre la posibilidad de investigar acoplamiento dipolar entre centros NV⁻ cercanamente espaciados [45], la capacidad para sensado cuántico de alta resolución espacial basado en propiedades de espín de NV⁻ [6, 18, 46-48] así como otras aplicaciones de sensado multifuncional basadas en diamante a granel [49] extendidas a NDs [50].

En este artículo, también hemos mostrado que la concentración de nitrógeno en diamante está en la base de mecanismos GSD y CSD para superresolución, que se logran en diamante dopado con alto y bajo nitrógeno, respectivamente. Como tal, NDs ingenierados para el método específico deberían seguir. Se entiende que CSD puede aplicarse más fácilmente a sensado de espín debido a baja concentración de nitrógeno; sin embargo, el estado de carga NV⁰ limitaría las propiedades de sensado cuántico de CSD, mientras que estabilizar el estado de carga de NV⁻ usando otros donadores que no nitrógeno podría traer una sensibilidad mucho mayor de GSD aplicado a sensado cuántico de espín.

La nanoscopía GSD de centros NV⁻ en NDs usa baja potencia (~ 300 µW) para las intensidades ópticas comparada con diamante a granel, y es más adecuada para muestras biológicas. La resolución GSD puede mejorarse determinando el dopaje de nitrógeno óptimo [34], estudiando el efecto de pasivación superficial y otras impurezas en la vida del estado metaestable de NV⁻ en NDs e ingenierando NDs con menos impurezas foto-luminiscentes.

En cuanto a sensado de espín, la alta concentración de nitrógeno en NDs comerciales actualmente derivados de HPHT y microdiamantes de alto contenido de nitrógeno está limitando la sensibilidad de espín según contraste de resonancia magnética detectada ópticamente reducido [34]. Como tal, otros dopantes deberían considerarse para estabilizar el estado de carga de NV⁻ sin introducir decoherencia [50, 51].

Finalmente, combinando este método con excitación de microondas [18, 52-54], podría proporcionar un enfoque alternativo para imagenología magnética óptica super-resuelta en ciencias de la vida si las propiedades de material de NDs actuales pudieran ser mejor ingenieradas para esta aplicación.

Disponibilidad de Datos y Materiales

Los conjuntos de datos usados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente bajo solicitud razonable.

Abreviaturas

NDs:

Nanodiamantes

NV:

Nitrógeno-vacancia

STED:

Depleción por emisión estimulada

GSD:

Agotamiento de estado fundamental

CSD:

Depleción por estado de carga

FWHM:

Ancho a mitad de máximo

HPHT:

Alta presión y alta temperatura

AOM:

Modulador acusto-óptico