Nature：核磁共振分辨率提高到原子级别

来源：纳米人

第一作者：K. S. Cujia

通讯作者：C. L. Degen

通讯单位：ETH Zurich

核磁共振（NMR）波谱是一种分析分子结构和功能以及对其自旋密度进行三维成像的强大技术手段。核磁共振波谱的核心是探测原子核在外加磁场中运动而产生的电磁辐射，这种电磁辐射通常以自由感应衰减的形式产生。

传统的核磁共振技术需要积累来自1012个甚至更多原子核的信号，而近年来灵敏磁测量技术的发展大大降低了所需的原子核数，使得一些甚至单个原子核的核自旋可以被检测到。

科学界目前尚不清楚自由感应衰变的连续检测是否可以应用于单个核自旋的检测，而且对于量子反作用（探测器对测量本身的影响）是否会改变或抑制核磁共振响应也不清楚。

有鉴于此，瑞士苏黎世联邦理工学院的Degen 等使用周期性弱测量手段对单个原子核的自旋运动进行了追踪。

本文所研究的实验系统由金刚石中的核自旋构成，这些核自旋与附近氮空位中心的电子自旋产生弱相互作用。研究人员对测量过程中量子反作用的两种效应（测量引起的不相干和采样时钟的频率同步）进行了观察并将其最小化。

这种周期性弱测量方法能够对具有未知频率的多个核自旋进行敏感、高分辨率的核磁共振光谱分析。该方法使得单分子核磁共振光谱手段的分辨率提高到了原子级别。

参考文献：

K. S. Cujia, C. L. Degen et al, Tracking the precession of single nuclear spins by weak measurements, Nature, 2019

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1334-9