利用微米与纳米金刚石中的氮-空位中心实现 ¹³C 超极化以用于灵敏磁共振应用
量子物理
2025-03-18 v2 材料科学
摘要
核超极化是一种可将核磁共振（NMR）信号增强数个数量级的已知方法。本工作研究了金刚石微米和纳米颗粒中的 ¹³C 超极化，利用光泵浦的氮-空位中心（NV）在室温下极化 ¹³C 自旋。通过结合改善 ¹³C 弛豫（T₁）时间以及 NV 弛豫时间的表面处理，并应用基于微光子结构的 NV 光照技术，减轻了小颗粒尺寸带来的影响。利用电子顺磁共振监测光诱导的 NV 自旋态布居重新分布，在对应于约 4% 这些缺陷中心的狭窄光谱区域内观察到 NV 自旋态的强烈极化增强。通过结合对 `PulsePol` 序列的调整和缓慢的样品旋转，NV-¹³C 极化转移速率得到进一步提高。在粒径中位数为 2 μm 和 100 nm 的颗粒中观察到超极化的 ¹³C NMR 信号，相对于热信号（在 0.29 T 磁场下）的增强倍数分别为 1500 和 940。当前室温超极化的演示预示着基于纳米颗粒的制剂在灵敏磁共振应用中的发展。
引用
@article{arxiv.2403.14521,
title = {$^{13}$C Hyperpolarization with Nitrogen-Vacancy Centers in Micro- and Nanodiamonds for Sensitive Magnetic Resonance Applications},
author = {Rémi Blinder and Yuliya Mindarava and Martin Korzeczek and Alastair Marshall and Felix Glöckler and Steffen Nothelfer and Alwin Kienle and Christian Laube and Wolfgang Knolle and Christian Jentgens and Martin B. Plenio and Fedor Jelezko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.14521},
year = {2025}
}
备注
49 pages, 29 figures (main text: 15 pages, 5 figures and Supporting Information: 34 pages, 24 figures) Uploaded new version on March 24th, 2024: corrected affiliations, some typos/formatting