作者劳拉·米尔萨普，艾姆斯实验室 信用:CC0公共领域 美国科学家
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能源部艾姆斯实验室开发了一种新的计算模型，这种模型有可能使他们最强大的研究工具之一变得更加强大
化学家武库中一个特别重要的工具是核磁共振光谱学
核磁共振波谱仪测量原子核对射频波激发的响应
这可以为研究人员提供关于材料的物理、化学和电子性质的原子级信息，包括非晶态材料
动态核极化(DNP)核磁共振是核磁共振的“超”版本，它激发自由基中不成对的电子，并将它们的高自旋极化转移到被分析样品中的原子核，从而产生更快、更详细的数据
艾姆斯实验室开发了DNP核磁共振来探测非常微弱但重要的化学信号，并将实验时间从几天缩短到几分钟
计算方法在专家理解DNP核磁共振方面起着重要的作用，特别是对于改进使用它的实验的设计和执行
然而，到目前为止，这项工作的范围有限，DNP核磁共振技术的改进往往依赖于某种程度的“意外发现”，弗莱德·佩拉斯说，他是艾姆斯实验室的助理科学家，2020年获得了美国能源部科学办公室早期职业研究奖
“模拟DNP是一个复杂的问题，”佩拉斯说，他研究提高核磁共振技术的方法，以追求艾姆斯实验室对材料发现的重视
“这种复杂性来自于这样一个事实，即参与这一过程的自旋数量非常大
为了重现实验改进和预测假设实验中会发生什么，您真的需要能够在与实验相同的规模上执行这些模拟
" 典型地，这些计算会随着系统中自旋的数量成指数增长
在典型的自旋动力学模拟中，这被限制在大约5-12次自旋；计算机没有内存来处理更大的问题
根据佩拉斯的说法，研究人员通过排除不必要的和昂贵的项来简化模拟，这样计算可以线性扩展，而不是指数扩展
新策略允许对拥有数千个原子核的自旋系统进行全面模拟
模拟已经发现了一个未知的结构特征，使得DNP-核磁共振中的信号增强更多，并且该理论将在未来广泛应用于固体的各种化学研究
发表在《物理化学快报》上的论文《魔角自旋动态核极化的全尺寸从头模拟》进一步讨论了这项研究
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