作者:杜江峰等 来源:《科学》 发布时间:2013-2-19 11:37:33
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微观核磁共振技术研究获进展
 
近日,中国科学技术大学杜江峰教授研究组与德国斯图加特大学的J. Wrachtrup教授组合作,成功实现了(5nm)体积样品质子信号的检测,取得微观核磁共振技术的突破性进展。该实验利用掺杂金刚石中距表面7纳米深度的氮-空位单电子自旋作为原子尺度磁探针,分别实现了(5nm)体积液体和固体有机样品中质子信号的检测,其中包括的质子总数为一万个,其产生的磁信号强度相当于100个统计极化的核自旋。此实验为微观磁共振技术的应用奠定了坚实的基础。该研究成果于2月1日发表在《科学》杂志上。
 
自旋在物质中广泛存在,因而自旋磁共振技术能够用来准确、快速和无破坏性地获取物质的组成和结构上的信息,是当代科学中最为重要的物质探索技术之一。一般的自旋磁共振谱仪基于系综探测原理,它的测试对象是含有百亿个以上相同自旋的系综样品。然而,近年来随着物质科学探索的不断深入,人们开始逐渐从统计平均测量向直接探测单量子的信息迈进。在自旋磁共振领域,实现微观磁共振,甚至单自旋磁共振是这一方向发展的极为重要的科学目标。为实现这一科学目标,杜江峰教授及其合作者选取了基于掺杂金刚石中氮-空位(NV)对的固态单自旋作为探针,代替传统的电探测方式,用基于此体系单自旋态制备成量子干涉仪,将微观自旋体系产生的弱磁信号转为干涉仪的相位,从而实现高灵敏度的信号检测。
 
在双方及其他合作者在相关领域已有的研究基础上,中德科学家经过两年多的努力,逐步解决了此实验成功所需的关键技术:近表面NV的制备和处理及动力学解耦。这两项技术是首次成功实现(5nm)体积液体和固体有机样品中质子信号检测不可或缺的基础。
 
2月1日出版的同期《科学》杂志上,还发表了另一篇类似工作,这是由美国IBM的D. Rugar和美国加利福尼亚大学圣芭芭拉的D. Awschalom合作完成的,他们同样利用NV磁探针,成功实现了(24nm)体积有机样品的核磁信号的检测。本期杂志上,由P. Hemmer撰写的评论称,此两项工作“利用基于钻石的纳米磁强计,有效地减小了磁共振成像(MRI)的可探测体积到单个蛋白质分子水平。”(来源:中国科学技术大学)
 
 
 
 
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