核磁共振光谱 - 简称核磁共振光谱 - 是物理化学分析最重要的方法之一。它可用于精确确定分子结构和动力学。苏黎世联邦理工学院的两位最新诺贝尔奖获得者理查德·恩斯特(Richard Ernst)和库尔特·沃斯特里奇(KurtWüthrich)对改进该方法的贡献也证明了这种方法的重要性。
该技术基于核磁共振，其利用了某些原子核与磁场相互作用的事实。这里的一个关键因素是核旋转，可以与儿童顶部的旋转进行比较。类似于开始摆动的顶部 - 专家称这种进动 - 暴露于磁场的核自旋开始进动。这产生可以使用感应线圈测量的电磁信号。
分辨率更高
苏黎世联邦理工学院固体物理学教授Christian Degen领导的一个研究小组开发了一种新方法，可以直接跟踪单核旋转的进动。相比之下：常规NMR测量通常需要至少1012至1018个原子核以记录测量信号。
在他们的项目中，ETH研究人员分析了钻石中碳-13原子的行为。他们不是使用传统方法来测量碳核的进动，而是使用NV中心的相邻电子自旋 - 金刚石晶格中的缺陷 - 作为传感器。Degen小组的博士生Kristian Cujia总结了这一原则：“我们使用第二个量子系统来研究第一个量子系统的行为。这样，我们创造了一种非常敏感的测量方法。”
未来应用的潜力
量子系统难以确定，因为任何测量也会影响被观察的系统。因此，研究人员无法连续追踪岁差; 它的运动会发生太大的变化。为了解决这个问题，他们开发了一种特殊的测量方法，通过快速连续的一系列弱测量来捕获碳原子的自旋。结果，他们能够保持观察的影响，使其不会对系统产生可测量的影响，使原始的圆周运动变得可察觉。
“我们的方法为核磁共振技术的显着进步铺平了道路，”Degen解释道。“这可能使我们能够直接记录单个分子的光谱，并在原子水平上分析结构。” 作为第一个例子，物理学家用原子分辨率识别出金刚石晶格中碳核的三维位置。物理学家们看到了这一发展的巨大潜力。这种详细的核磁共振测量可以在许多领域产生全新的见解，就像近几十年来传统的核磁共振光谱一样。“