ダイヤモンド中の窒素-空孔センター：物理学と生物学のためのナノスケールセンサー

ダイヤモンドの結晶欠陥は、非常に安定しているため、また興味深い光学特性を持つため、さまざまなアプリケーションにおいてユニークな対象として浮上しています。ナノクリスタルに埋め込まれたこれらは、例えば、強力な単一光子源や、無限の光安定性と低細胞毒性を持つ蛍光バイオマーカーとして機能することができます。しかし、最も魅力的な側面は、一部の結晶欠陥、特に窒素-空孔（NV）センターが、磁場や電場などの物理量を局所的に検出および測定する能力です。この計測能力は、欠陥のスピン状態の量子力学的相互作用に基づいています。本レビューでは、ダイヤモンド中の単一NVセンターに基づくナノスケールセンシングの新しく急速に進化している分野を紹介します。合成から埋め込まれたNVセンターの電子的および磁気的特性まで、ダイヤモンドの基本特性に関する簡潔な概要を提供します。さらに、単一NVセンターがどのようにナノスケールセンシングに活用できるか、検出可能な物理量、期待される感度、最も一般的な測定プロトコルを詳細に説明します。最後に、これらの新しいセンサーによって実現される可能性のある多様で刺激的なアプリケーション、イオン濃度や膜電位の測定から、ナノスケールの温度計測、単一スピン核磁気共鳴に至るまでを強調して結論づけます。