Внутри каждого алмаза есть крошечные магнитные стрелки — ядра атомов углерода. Обычно они направлены в разные стороны, и их сигнал очень слабый. Но если алмазную пыль вращать под углом 54,74° к магнитному полю и одновременно светить на неё зелёным лазером, стрелки начинают выстраиваться в одном направлении. Сигнал усиливается в сотни раз.
Секрет в дефектах алмаза, где атом азота соседствует с пустотой. Эти дефекты, называемые NV-центрами, под действием света поляризуются, то есть их электроны получают одинаковое направление спина. Затем эта поляризация передаётся соседним ядрам углерода-13. Раньше для такой передачи использовали микроволновые импульсы, но теперь вращение образца делает всё само.
В эксперименте использовали два типа алмазных частиц: мелкие с повышенным содержанием углерода-13 и более крупные с природным содержанием. Их вращали со скоростью до 6000 оборотов в секунду и освещали лазером. Сигнал усилился в 411 раз для природного образца и в 280 раз для обогащённого. Это почти в десять раз лучше, чем удавалось раньше.
Теперь учёные хотят перенести эту поляризацию на молекулы, прилипшие к поверхности алмазных частиц. Для этого нужны частицы размером меньше 30 нанометров. Тогда алмазная пыль сможет усиливать сигнал не только своих ядер, но и любых веществ, которые на неё нанести.
Угол 54,74° между осью вращения и магнитным полем называют магическим, потому что он обнуляет диполь-дипольные взаимодействия между ядрами. Именно этот угол заставил более 99,9% NV-центров проходить через нужные точки пересечения уровней дважды за каждый оборот ротора.