中科大实现千赫兹级谱线分辨率单自旋顺磁共振

  中新网合肥6月10日电 (记者 吴兰)记者10日从中国科学手艺大学获悉,该校杜江峰院士团队提出并使用一种基于金刚石氮—空位(NV)色心量子传感器的高分辨顺磁共振探测方式,获得了千赫兹(kHz)谱线分辨率的单自旋顺磁共振谱。

  研究成果发表于《科学希望》(Science Advances)上。

  电子顺磁共振谱学手艺是现代主要的物质科学研究手段,常用来获取分子动力学、结构等信息。该手艺一个主要发展方向,是从尽可能少的样品中获取尽可能正确的信息,这需要同时提升空间分辨率和谱线分辨率。近几十年来,得益于新探测手艺的泛起,空间分辨率不停提升,谱线分辨率却停留在兆赫兹(MHz)量级。

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近年来,农业农村部实施化肥减施增效、绿色防控和果菜茶有机肥替代等重大行动,在全国推进了300个化肥减量增效示范县、175个果菜茶有机肥替代化肥示范县和150个病虫全程绿色防控示范县建设。与此同时,全国农用地膜覆盖面积实现了负增长,农膜残留量得到有效控制,100个农膜治理示范县当季农膜残留量基本实现零增长,重点地区“白色污染”得到有效防控。

  杜江峰团队使用NV色心量子传感器举行顺磁共振检测。为了观测到谱线窄化,实现高分辨率谱学探测,需要消除NV传感器自身带来的谱线展宽。

  杜江峰团队受到核磁共振中关联探测的启发,设计了一种适用于零场的顺磁共振关联序列,极大地压制了NV传感器的本征展宽。用此新方式,研究人员在实验中乐成实现金刚石中单个氮原子电子自旋的窄化跃迁探测,相较传统方式谱线分辨率提升了27倍,到达8.6kHz,这是现在基于金刚石量子传感器微观顺磁共振谱学的最高指标。

  实验效果证明了基于NV量子传感的顺磁共振手艺可以兼顾空间和谱线分辨率,同时这种丈量手段没有苛刻的环境条件(真空,低温)限制,可在室温大气溶液等条件下事情,在生物应用方面具有怪异的竞争优势。

  据介绍,这种新型方式能够应用于单个生物分子的探测,得益于谱线分辨率的提升,可以加倍精细地剖析单分子的结构信息、动力学转变以及局部环境特征等。

【编辑:叶攀】

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