动态核极化(DNP)彻底改变了纳米级核磁共振(NMR)领域，使研究更广泛的材料、生物分子和复杂的动态过程(如蛋白质如何在细胞内折叠和改变形状)成为可能。
滑铁卢大学的一组研究人员正在将脉冲DNP与纳米级磁性树脂结合起来nance力显微镜(MRFM)测量演示结果表明，该工艺可以在纳米尺度上高效实现。这项工作由量子计算研究所的教员、物理与天文系的教授拉菲·布达基安博士和他的团队共同监督包括Sahand Tabatabaei, Pritam Priyadarshi, Namanish Singh, Pardis Sahafi和Daniel Tay博士。
在传统的磁共振中，检测依赖于外部磁场中“上”和“下”自旋态之间的热居群差异。然而，在纳米级磁共振中，自旋数显著减少，自旋取向的固有统计波动可能大于热极化。因此，在观测纳米尺度自旋系综时，测量统计极化比测量热极化更好。
然而，由于热电子极化比核自旋大得多，动态核极化(DNP)可以通过将电子的极化转移到附近的原子核来放大核自旋极化。这种增强显着提高了核磁共振(NMR)应用的检测灵敏度。
该团队的实验显示，与统计极化相比，氢核自旋的热极化增加了100倍，对应于探测灵敏度增加了15倍。至关重要的是，这种增强对应于测量时间减少了200倍，这使得他们能够更快地获取信号。这些结果大大提高了MRFM检测作为纳米级成像实用工具的能力。
Budakian说:“通过将DNP的实质性增强与纳米级磁共振成像(MRI)和超灵敏的自旋检测相结合，可以实现埃级分辨率的生物分子结构三维MRI，这是结构生物学的一种变革能力。”
展望未来，研究小组的目标是将dnp增强的MRFM测量应用于3D纳米级结构，如病毒和蛋白质。他们希望通过在更低的温度和更高的磁场下工作来提高核自旋探测的灵敏度。
硅纳米线表面附近的大增强纳米尺度动态核极化发表在8月21日星期三的《科学进展》杂志上。
该项目由加拿大第一卓越研究基金通过变革性量子技术(TQT)计划提供部分支持。
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