ダイヤモンド中の窒素空孔欠陥を用いた核磁気共鳴センシング

利用金刚石中氮空位缺陷进行核磁共振传感

基本信息

批准号：
17J05890
负责人：
佐々木健人
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、原子レベルの分解能を持つ核磁気共鳴検出を実現し、単一分子イメージング・構造解析の基盤技術を開発することである。ダイヤモンド表面近傍の窒素空孔欠陥(NVセンター)を量子磁場センサーとして利用し、外部分子中のプロトンや炭素同位体核スピンの高感度な検出や核種の決定、核スピンの位置決定技術の実現を目指した。昨年度までに、本研究の核となる、核種決定や核スピンの位置決定はプロトコル開発やその実験的検証を行った。外部核スピンの検知や分子構造解析には、核スピン検知の感度と分解能をさらに高めることが求められる。今年度は、従来の計測シークエンスに、NVセンターの禁制遷移を操作する為の複合マイクロ波パルス法を取り入れ、超微細相互作用の制御を行うことで課題に取り組んだ。磁気モーメントの大きな禁制遷移によって相互作用強度を高めて、核磁気分極の効率を1.6倍向上した。また、センサーと核スピン間の相互作用を時間平均的に打ち消すことで、核スピン歳差周波数の不均一線幅の抑制にも成功した。その過程で、極少数のプロトンの歳差運動信号を直接的かつ曖昧さなく検知することに成功した。加えて、昨年度、別方針として示唆したFPGAフィードバック計測についても、受入研究室のメンバーと共同して開発を進めた。FPGA制御によって従来のNV中心計測シークエンスを網羅的に再現した。また、標的となるプロトンスピンの探索や、FPGAの動作検証に有用な小型テーブルトップ共焦点顕微鏡装置の主要デザインを行い、その構築に貢献した。

这项研究的目的是通过原子级分辨率实现核磁共振检测，并开发用于单分子成像和结构分析的基本技术。目的是将钻石表面附近的氮空位缺陷（NV中心）作为量子磁场传感器，并实现对质子和碳同位素核自旋的高度敏感检测，确定核素，并确定核旋转的位置。到去年，我们已经开发了一项方案并通过实验测试，以确定核自旋的核素和定位，这是本研究的核心。检测外部核自旋和分子结构分析需要进一步改善核自旋检测的敏感性和分辨率。今年，我们通过合并复杂的微波脉冲方法来解决挑战，以操纵NV中心的禁止过渡到常规的测量序列中，并控制超细相互作用。磁矩的大型禁止过渡提高了相互作用强度，并使核磁极极化的效率提高了1.6倍。此外，通过取消传感器和核自旋之间的相互作用，我们还成功地抑制了核自旋进动频率的不均匀线宽度。在此过程中，我们已经直接成功，没有歧义检测几乎没有质子的进动信号。此外，我们还与接受实验室成员合作开发了FPGA反馈测量，我们建议这是去年的单独政策。常规的NV中心测量序列通过FPGA对照全面地重现。他还为建造一个小桌面共聚焦显微镜设备做出了贡献，该设备可用于搜索目标质子旋转并验证FPGA的操作。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Determination of the Position of a Single Nuclear Spin Via Nuclear Free Precession Detected by a Diamond Quantum Sensor

通过金刚石量子传感器检测的无核进动确定单个核自旋的位置

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Sasaki;K. M. Itoh;and E. Abe
通讯作者：
and E. Abe

ダイヤモンド量子センサーを用いた核スピン歳差の検出による単一核スピンの位置決定

使用金刚石量子传感器检测核自旋进动来确定单个核自旋的位置

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
佐々木健人;伊藤公平;阿部英介
通讯作者：
阿部英介

Tutorial: Magnetic resonance with nitrogen-vacancy centers in diamond-microwave engineering, materials science, and magnetometry

DOI：
10.1063/1.5011231
发表时间：
2018-04-28
期刊：
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
影响因子：
3.2
作者：
Abe, Eisuke;Sasaki, Kento
通讯作者：
Sasaki, Kento

ダイヤモンド中欠陥を用いたNMRと高分解能交流磁場検出

利用金刚石缺陷进行核磁共振和高分辨率交流磁场检测

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kento Sasaki;Kohei M. Itoh;Eisuke Abe;佐々木健人，伊藤公平，阿部英介;佐々木健人，渡邉幸志，伊藤公平，阿部英介
通讯作者：
佐々木健人，渡邉幸志，伊藤公平，阿部英介

パルスODMRを用いた高分解能核磁気共鳴検出

使用脉冲 ODMR 进行高分辨率核磁共振检测

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kento Sasaki;Kohei M. Itoh;Eisuke Abe;佐々木健人，伊藤公平，阿部英介
通讯作者：
佐々木健人，伊藤公平，阿部英介

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通讯作者：
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通讯作者：
佐々木健人