
金剛石內(nèi)部(淺灰色)的氮空位(深藍(lán)色)量子探針對金剛石表面上的分子氫進行納米級核磁共振(NMR)操作。綠色激光控制著探針的量子態(tài),并將其調(diào)整為目標(biāo)核自旋的共振頻率。探針對氫原子的核自旋作出反應(yīng),并通過發(fā)射出的紅光提供直接測量。圖片提供:David A. Broadway/cqc2t.org
醫(yī)學(xué)與生物學(xué)領(lǐng)域的許多研究通常都需借助核磁共振(NMR)波譜,但空間分辨率的問題一直以來都是一個技術(shù)性制約瓶頸,且NMR波譜通常需要強大的微波電場。針對這些問題,墨爾本大學(xué)Lloyd Hollenberg教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊便提出了一種用量子探針進行納米級無微波NMR操作的新方法。該研究發(fā)表在期刊Nature Communications上。
墨爾本大學(xué)量子計算與通訊技術(shù)中心(CQC2T)的主任Hollenberg介紹到,這種新型的量子探針可以對微型試樣進行NMR檢測,這是傳統(tǒng)機器所不能做到的;而且,新型量子探針技術(shù)無需微波電場的應(yīng)用,從而避免了微波電場對生物試樣所造成的分解破壞。
NMR的目的是為了對構(gòu)成分子的原子核的磁信號進行檢測;但來自核自旋的信號是非常弱的,傳統(tǒng)的NMR機器需要數(shù)以百萬個核自旋才能檢測到信號。
但利用金剛石缺陷研制而成的量子探針僅需要幾千個自旋,就可以輕松檢測到來自核自旋的信號。
CQC2T的博士后研究員Alastair Stacey說:目前所用的大型NMR機器所存在的問題主要是檢測信號非常弱,而且檢測目標(biāo)和測量設(shè)備之間的距離又太大。這就會導(dǎo)致出現(xiàn)兩個問題:一是機器只能檢測到較大的分子,測量精度大大減弱。二是需要借助強大的微波和磁場來接觸試樣,這些侵襲式手段會影響甚至破壞生物式樣。(編譯:中國超硬材料網(wǎng))