利用六方氮化硼中自旋缺陷实现超低质量核磁共振的前景
量子物理
2025-05-02 v1 应用物理
摘要
固体中的光学活性量子缺陷，例如金刚石中的氮空位（NV）中心，是在环境条件下进行微米级和纳米级（超低质量）核磁共振（NMR）光谱与成像的主要模态。然而，当距离金刚石表面约10纳米以内时，NV中心的自旋和光学性质会退化，限制了NMR的灵敏度以及光谱和空间分辨率。在此，我们概述了利用六方氮化硼（hBN）中带负电的硼空位（）开发替代性纳米级NMR传感器的努力。作为一种范德华材料，hBN的表面没有悬挂键和其他顺磁噪声源，这些噪声源会降低近表面NV的性能，使得稳定的缺陷能够存在于距材料表面约1纳米处。我们讨论了硼空位在窄带（AC）磁场传感方面的特性，并概述了针对该系统优化的实验设计。我们为统计极化和均匀极化的样品在纳米和微米尺度上提出了 NMR的测量方案，包括相关的脉冲序列、灵敏度计算和样品约束策略；并将预期性能与NV-NMR进行了比较。我们估计了纳米尺度下电子自旋与样品核自旋之间的反作用效应；并考虑了限流纳米尺度下非常规扩散动力学，计算了其对预期 NMR信号的影响。最后，我们确定了最适合纳米级和微米级 NMR的潜在样品目标和操作范围。
引用
@article{arxiv.2505.00383,
title = {Prospects for Ultralow-Mass Nuclear Magnetic Resonance using Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride},
author = {Declan M. Daly and Niko R. Reed and Stephen J. DeVience and Zechuan Yin and Johannes Cremer and Andrew J. Beling and John W. Blanchard and Ronald L. Walsworth},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.00383},
year = {2025}
}