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    2. 微觀核磁共振技術研究獲進展

      欄目:行業新聞 發布時間:2021-05-13 瀏覽量: 678
      近日,中國科學技術大學杜江峰教授研究組與德國斯圖加特大學的J. Wrachtrup教授組合作,成功實現了(5nm)體積樣品質子信號的檢測,取得微觀核磁共振技術的突破性進展。

      近日,中國科學技術大學杜江峰教授研究組與德國斯圖加特大學的J. Wrachtrup教授組合作,成功實現了(5nm)體積樣品質子信號的檢測,取得微觀核磁共振技術的突破性進展。該實驗利用摻雜金剛石中距表面7納米深度的氮-空位單電子自旋作為原子尺度磁探針,分別實現了(5nm)體積液體和固體有機樣品中質子信號的檢測,其中包括的質子總數為一萬個,其產生的磁信號強度相當于100個統計極化的核自旋。此實驗為微觀磁共振技術的應用奠定了堅實的基礎。該研究成果于2月1日發表在《科學》雜志上。

      自旋在物質中廣泛存在,因而自旋磁共振技術能夠用來準確、快速和無破壞性地獲取物質的組成和結構上的信息,是當代科學中最為重要的物質探索技術之一。一般的自旋磁共振譜儀基于系綜探測原理,它的測試對象是含有百億個以上相同自旋的系綜樣品。然而,近年來隨著物質科學探索的不斷深入,人們開始逐漸從統計平均測量向直接探測單量子的信息邁進。在自旋磁共振領域,實現微觀磁共振,甚至單自旋磁共振是這一方向發展的極為重要的科學目標。為實現這一科學目標,杜江峰教授及其合作者選取了基于摻雜金剛石中氮-空位(NV)對的固態單自旋作為探針,代替傳統的電探測方式,用基于此體系單自旋態制備成量子干涉儀,將微觀自旋體系產生的弱磁信號轉為干涉儀的相位,從而實現高靈敏度的信號檢測。

      在雙方及其他合作者在相關領域已有的研究基礎上,中德科學家經過兩年多的努力,逐步解決了此實驗成功所需的關鍵技術:近表面NV的制備和處理及動力學解耦。這兩項技術是首次成功實現(5nm)體積液體和固體有機樣品中質子信號檢測不可或缺的基礎。

      2月1日出版的同期《科學》雜志上,還發表了另一篇類似工作,這是由美國IBM的D. Rugar和美國加利福尼亞大學圣芭芭拉的D. Awschalom合作完成的,他們同樣利用NV磁探針,成功實現了(24nm)體積有機樣品的核磁信號的檢測。本期雜志上,由P. Hemmer撰寫的評論稱,此兩項工作“利用基于鉆石的納米磁強計,有效地減小了磁共振成像(MRI)的可探測體積到單個蛋白質分子水平?!?/p>

      來源:中國科學技術大學


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