À l'intérieur de chaque diamant se trouvent de minuscules aiguilles magnétiques, les noyaux des atomes de carbone. En général, elles pointent dans des directions aléatoires et leur signal est très faible. Mais si l'on fait tourner la poussière de diamant à un angle de 54,74° par rapport au champ magnétique tout en l'éclairant avec un laser vert, les aiguilles commencent à s'aligner dans une même direction. Le signal est alors amplifié des centaines de fois.
Le secret réside dans les défauts du diamant, où un atome d'azote voisine une lacune. Ces défauts, appelés centres NV, se polarisent sous l'effet de la lumière, c'est-à-dire que leurs électrons acquièrent une même orientation de spin. Cette polarisation est ensuite transmise aux noyaux voisins de carbone-13. Auparavant, on utilisait des impulsions micro-ondes pour cette transmission, mais désormais la rotation de l'échantillon fait tout toute seule.
Dans l'expérience, deux types de particules de diamant ont été utilisés : de petites particules enrichies en carbone-13 et de plus grosses avec une teneur naturelle. Elles ont été mises en rotation à des vitesses allant jusqu'à 6000 tours par seconde et éclairées par un laser. Le signal a été amplifié par 411 fois pour l'échantillon naturel et par 280 fois pour l'échantillon enrichi. C'est presque dix fois mieux que ce qui avait été obtenu auparavant.
Les scientifiques veulent maintenant transférer cette polarisation à des molécules adsorbées à la surface des particules de diamant. Pour cela, il faut des particules de taille inférieure à 30 nanomètres. Ainsi, la poussière de diamant pourrait amplifier le signal non seulement de ses propres noyaux, mais aussi de toutes les substances qu'on y dépose.
L'angle de 54,74° entre l'axe de rotation et le champ magnétique est appelé magique car il annule les interactions dipôle-dipôle entre les noyaux. C'est cet angle qui a fait que plus de 99,9 % des centres NV traversent les points de croisement de niveaux deux fois par tour du rotor.