使用鲁棒近红外自旋传感器的单分子尺度核磁共振光谱学
量子物理
2025-12-12 v1 生物物理
摘要
具有原子分辨率的单分子核磁共振（NMR）在结构生物学和表面化学领域具有变革性潜力。具有光学读出能力的近表面固态自旋传感器为实现这一目标提供了有前景的途径。然而，其与目标分子的极端接近要求传感器具备对抗表面诱导扰动的卓越鲁棒性。此外，生命科学应用要求这些传感器在生物相容光谱范围内运行，以最小化光损伤。在本工作中，我们证明 4H 碳化硅（4H-SiC）中的 PL6 量子缺陷可作为鲁棒的近红外自旋传感器。该传感器在组织透明波长处工作，即使在 2 nm 深度下也表现出优异的近表面稳定性。利用浅层 PL6 中心，我们实现了对浸油中质子（¹H）自旋和 Fomblin 中氟（¹⁹F）自旋的纳米级 NMR 探测，达到 (3 nm)³ 的探测体积和满足单质子自旋探测要求的灵敏度。本工作确立了 4H-SiC 量子传感器作为纳米级磁共振的有力平台，在探测低维水相、蛋白质折叠动力学和分子相互作用方面具有广阔应用前景。
引用
@article{arxiv.2512.10278,
title = {Single-molecule Scale Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy using a Robust Near-Infrared Spin Sensor},
author = {Yu Chen and Qi Zhang and Yuanhong Teng and Chihang Luo and Zhijie Li and Jinpeng Liu and Ya Wang and Fazhan Shi and Jiangfeng Du},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.10278},
year = {2025}
}
备注
16 pages, 4 figures