科學：人工引入的原子級傳感器可以測量工作半導體器件內的電場！
Iwasaki及其同事將他們的方法應用於鑽石，這是一種所謂的寬帶隙半導體，其中電場可以變得非常強 - 對於低損耗電子應用而言是重要的。金剛石容易容納氮空位（NV）中心，這是一種點缺陷，當從金剛石晶格中除去兩個相鄰的碳原子並且其中一個被氮原子取代時產生。通過離子注入可以在金剛石中常規地產生NV中心。附近的電場影響NV中心的能量狀態，而後者又可以通過稱為光學檢測磁共振（ODMR）的方法進行探測。
研究人員首先製作了一個嵌入NV中心的金剛石pin二極體（夾在電子和空穴摻雜層之間的本徵金剛石層）。然後，他們將i中心的NV中心定位在離接口幾百納米的i層的大部分中，並記錄其ODMR頻譜以增加偏置電壓。從這些光譜中，可以使用理論公式獲得電場的值。然後將實驗值與使用器件模擬器獲得的數值結果進行比較，發現其非常一致 - 確認NV中心作為局部電場傳感器的潛力。
Iwasaki及其同事解釋說，實際確定的給定NV中心周圍電場的值基本上是垂直於NV中心方向的場分量，沿著菱形晶格中的四個可能方向之一對齊。他們認為，植入NV中心的規則矩陣應該能夠通過使用超解析度技術重建具有大約10nm空間解析度的電場，這有望用於在進一步研究中研究更複雜的裝置。
研究人員還指出，電場感應不僅與電子設備有關，而且與電化學應用有關：半導體和溶液之間發生電化學反應的效率取決於前者的內部電場。此外，Iwasaki及其同事指出，他們的方法不必局限於鑽石中的NV中心 - 類似的單電子自旋結構存在於其他半導體中，例如碳化矽。
半導體材料具有所謂的帶隙：能量範圍，其中不存在可達到的能級。為了使半導體導電，電子必須獲得足夠的能量來克服帶隙;控制跨越帶隙的電子躍遷形成了半導體器件動作的基礎。典型的半導體如矽或砷化鎵的帶隙約為1電子伏特（eV）。寬帶隙半導體，如金剛石或碳化矽，具有更大的帶隙值，高達3-5 eV並不罕見。
由於帶隙較大，寬帶隙半導體可在300°C以上的溫度下工作。此外，它們可以承受高電壓和電流。由於這些特性，寬帶隙半導體具有許多應用，包括發光二極體，換能器，替代能源設備和高功率部件。為了進一步開發這些和其他未來的應用，必須能夠表徵運行中的寬帶隙器件。因此，Iwasaki及其同事提出的用於測量寬帶隙半導體中產生的電場的技術是一個重要的進步。
金剛石由排列在晶格上的碳原子組成，其中每個原子具有形成四面體的四個鄰居。的金剛石晶格容易出現缺陷;一個這樣的缺陷是氮空位（NV）中心，可以認為是由於用氮原子取代碳原子並除去一個相鄰的碳原子而產生的。NV中心的能級位於帶隙中鑽石但對當地環境敏感。特別是，NV中心的所謂核超精細結構取決於其周圍的電場。這種依賴性在理論上得到了很好的理解，並被Iwasaki及其同事利用：檢測NV中心超精細結構的變化使他們能夠獲得局部電場的值。這種方法的一個主要優點是它可以監測材料內的場，而不僅僅是在表面，已經開發了方法。
為了探測大部分金剛石器件中NV中心的核超精細結構，Iwasaki及其同事採用光學檢測磁共振（ODMR）：通過用雷射照射樣品，NV中心被光學激發，之後可記錄磁共振譜。電場使ODMR共振分裂;實驗檢測的分裂寬度提供了對電場的測量。