利用核磁共振实现核自旋簇原子尺度的结构分析

　　2013-11-27 中国科大杜江峰研究组及其合作者利用掺杂金刚石中氮-空位固态单电子自旋量子干涉仪，把微观自旋体系产生的弱磁信号转为干涉仪的相位，成功在室温大气环境下实现了单核自旋对的探测及其原子尺度的结构分析。审稿人评述为“该工作是原创的和新颖的。用动力学解耦技术测量核自旋对产生的弱磁信号是非常有用的方法”，“该工作实现了对核自旋对的探测及结构解析，此新方法将在量子信息处理和量子度量等量子信息领域引起广泛关注。”

　　中国科大杜江峰研究组及其理论合作者利用掺杂金刚石中氮-空位固态单电子自旋量子干涉仪，成功在室温大气环境下实现了单核自旋对的探测及其原子尺度的结构分析。此成果发表在《自然-物理》上[Nature Physics, AOP: 24 Nov. 2013, DOI: 10.1038/NPHYS2814]。

　　传统自旋核磁共振研究百亿个自旋组成的系综样品，已经被广泛应用于基础研究和医学应用等各大领域。近年来自旋磁共振开始逐渐从统计平均测量向直接获取单量子态信息迈进。实现该目标能够使我们直接测量原子尺度物质单元的组成、结构及动力学性质，进而更本质地理解物质的结构与性质。然而受制于传统磁共振探测方式，亟需对磁共振方法进行创新来实现这一目标。

　　中国科大杜江峰研究组及其合作者利用掺杂金刚石中氮-空位固态单电子自旋量子干涉仪，把微观自旋体系产生的弱磁信号转为干涉仪的相位，成功在室温大气环境下实现了单核自旋对的探测及其原子尺度的结构分析。审稿人评述为“该工作是原创的和新颖的。用动力学解耦技术测量核自旋对产生的弱磁信号是非常有用的方法”，“该工作实现了对核自旋对的探测及结构解析，此新方法将在量子信息处理和量子度量等量子信息领域引起广泛关注。” [Nature Physics, DOI: 10.1038/NPHYS2814]

　　此前，杜江峰教授与德美研究组合作，实现了(5nm)3有机样品中质子信号的检测，取得微观核磁共振技术的突破性进展。该成果发表在《科学》上[Science 339, 561 (2013)]。同期的专文评论为 “利用基于钻石的纳米磁强计，有效的减小了磁共振成像的可探测体积到单个蛋白质分子水平”。

　　这些实验研究表明，动力学解耦结合单自旋探针，是单分子结构解析和谱学分析的有力工具，可帮助我们在纳米甚至原子尺度，更好地获取物质组成和结构信息。为物理生物等各领域开展微观研究提供新的方法。