中国科学技术大学 噪声不敏感的传统方法(上)与新方法(下)的顺磁共振谱比较
它清楚地表明光谱分辨率已经显著提高，并且已经观察到更精确的耦合信息
信用:杜江峰等
基于金刚石氮空位色心量子传感器，提出了一种高分辨率的顺磁共振检测方法，并在中国科学院中国科学技术大学磁共振重点实验室杜江峰院士的主持下进行了实验研究
研究人员获得了具有千赫光谱分辨率的单自旋顺磁共振光谱
这项研究发表在《科学进展》杂志上
电子顺磁共振波谱的一个主要发展趋势是从尽可能少的样品中获得尽可能准确的信息，这需要提高空间分辨率和光谱分辨率
近几十年来，由于新的检测技术的出现，空间分辨率得到了很大的提高，单自旋顺磁共振的检测甚至达到了纳米级
然而，由于不可控的外部噪声，频谱分辨率保持在兆赫(兆赫)范围内
因此，必须找到一种新的方法来突破目前由噪声引起的光谱分辨率的限制
一种更直接有效的方法是使测量的自旋对外部噪声自然不敏感
某种自旋状态可以抵抗外界磁场噪声的干扰，电子在这些自旋状态之间跃迁时产生的谱线会变窄
据报道，在以前的研究中，零磁场下的一种顺磁性材料也存在这种现象
然而，传统顺磁共振技术的检测灵敏度与磁场大小有关，在零磁场下检测效率极低，限制了实际应用
因此，研究人员使用钻石中的NV色心量子传感器来检测顺磁共振
先前的工作已经证明，即使在零场，NV色心仍然具有单自旋水平的探测灵敏度
为了观察谱线的变窄并实现高分辨率光谱检测，还需要消除由NV传感器本身引起的谱线变宽
受核磁共振相关检测的启发，杜的团队设计了一种适用于零场的顺磁共振相关序列，极大地抑制了NV传感器的固有展宽
利用这种新方法，他们在实验中成功地探测到了金刚石中单个氮原子电子自旋的窄化跃迁
与传统方法相比，光谱分辨率提高了27倍，达到8
6千赫
实验结果表明，基于NV量子传感器的顺磁共振技术可以同时实现高空间分辨率和高光谱分辨率
同时，这种方法不受恶劣环境条件(如真空或低温)的限制，在生物应用中极具竞争力
可以分析单个分子的结构、动态变化和局部环境特征的更详细的信息
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