用于核自旋系综极化与探测的鲁棒技术
量子物理
2017-12-01 v2
摘要
高灵敏度的核自旋探测在许多科学领域至关重要，包括核磁共振波谱（NMR）、磁共振成像（MRI）和量子计算。微弱的热核自旋极化是实现这一目标的主要障碍，而动态核自旋极化（DNP）方法可以克服这一障碍。后者通常依赖于将热极化的电子自旋转移至附近的核自旋，这受到前者玻尔兹曼分布的限制。在此，我们展示了利用单个氮-空位（NV）中心对由金刚石中的 C 核自旋组成的核自旋池进行极化与读出。我们的方法利用微波修饰态，将短激光脉冲诱导的 NV 中心高（~92~\%）非平衡电子自旋极化转移至周围的碳核自旋，其中 NV 中心被反复进行光学重极化，从而提供了一个有效的无限极化源。我们实现了核“冻结核心”中极化的饱和，这通过极化转移信号的衰减得到了证实，并与理论模拟显示出极好的一致性。在此，我们引入了极化反转读出（PROPI）方法，作为核自旋池的定量磁化测量方法。此外，我们表明，对于单量子跃迁和双量子跃迁均使用集成固体效应，即使静磁场未沿 NV 中心的晶轴对准，也能实现核自旋极化。这为将我们的 DNP 技术应用于纳米金刚石内部和外部的自旋开辟了道路，使其能够作为 MRI 示踪剂应用。
引用
@article{arxiv.1706.01315,
title = {Robust techniques for polarization and detection of nuclear spin ensembles},
author = {Jochen Scheuer and Ilai Schwartz and Samuel Müller and Qiong Chen and Ish Dhand and Martin B. Plenio and Boris Naydenov and Fedor Jelezko},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.01315},
year = {2017}
}
备注
The text and figures have been improved