中科大實現千赫茲級譜線解析度單自旋順磁共振

中新網合肥6月10日電 (記者 吳蘭)記者10日從中國科學技術大學獲悉，該校杜江峰院士團隊提出並使用一種基於金剛石氮—空位(NV)色心量子感測器的高分辨順磁共振探測方法，獲得了千赫茲(kHz)譜線解析度的單自旋順磁共振譜。

研究成果發表於《科學進展》(Science Advances)上。

電子順磁共振譜學技術是當代重要的物質科學研究手段，常用來獲取分子動力學、結構等資訊。該技術一個主要發展方向，是從儘可能少的樣品中獲取儘可能精確的資訊，這需要同時提升空間解析度和譜線解析度。近幾十年來，得益於新探測技術的出現，空間解析度不斷提升，譜線解析度卻停留在兆赫茲(MHz)量級。

杜江峰團隊使用NV色心量子感測器進行順磁共振檢測。為了觀測到譜線窄化，實現高解析度譜學探測，需要消除NV感測器自身帶來的譜線展寬。

杜江峰團隊受到核磁共振中關聯探測的啟發，設計了一種適用於零場的順磁共振關聯序列，極大地壓制了NV感測器的本徵展寬。用此新方法，研究人員在實驗中成功實現金剛石中單個氮原子電子自旋的窄化躍遷探測，相較傳統方法譜線解析度提升了27倍，達到8.6kHz，這是目前基於金剛石量子感測器微觀順磁共振譜學的最高指標。

實驗結果證明了基於NV量子感測的順磁共振技術可以兼顧空間和譜線解析度，同時這種測量手段沒有苛刻的環境條件(真空，低溫)限制，可在室溫大氣溶液等條件下工作，在生物應用方面具有獨特的競爭優勢。

據介紹，這種新型方法能夠應用於單個生物分子的探測，得益於譜線解析度的提升，可以更加精細地分析單分子的結構資訊、動力學變化以及區域性環境特徵等。