中科大实现千赫兹级谱线分辨率单自旋顺磁共振

(记者 吴兰)记者10日从中国科学技术大学获悉，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法，获得了千赫兹(kHz)谱线分辨率的单自旋顺磁共振谱。_i630znox87b">

研究成果发表于《科学进展》(Science Advances)上。

电子顺磁共振谱学技术是当代重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。该技术一个主要发展方向，是从尽可能少的样品中获取尽可能精确的信息，这需要同时提升空间分辨率和谱线分辨率。近几十年来，得益于新探测技术的出现，空间分辨率不断提升，谱线分辨率却停留在兆赫兹(MHz)量级。

杜江峰团队使用NV色心量子传感器进行顺磁共振检测。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。用此新方法，研究人员在实验中成功实现金刚石中单个氮原子电子自旋的窄化跃迁探测，相较传统方法谱线分辨率提升了27倍，达到8.6kHz，这是目前基于金刚石量子传感器微观顺磁共振谱学的最高指标。

实验结果证明了基于NV量子传感的顺磁共振技术可以兼顾空间和谱线分辨率，同时这种测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工作，在生物应用方面具有独特的竞争优势。

据介绍，这种新型方法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，可以更加精细地分析单分子的结构信息、动力学变化以及局部环境特征等。