利用动态核极化提高纳米级成像能力

动态核极化 (DNP) 彻底改变了纳米级核磁共振 (NMR) 领域，使得研究更广泛的材料、生物分子和复杂的动态过程(例如蛋白质在细胞内如何折叠和改变形状)成为可能。

滑铁卢大学的一组研究人员将脉冲 DNP 与纳米级磁共振力显微镜 (MRFM) 测量相结合，以证明该过程可以在纳米级高效实现。这项工作由量子计算研究所教员兼物理和天文学系教授 Raffi Budakian 博士及其团队监督，该团队由 Sahand Tabatabaei、Pritam Priyadarshi、Namanish Singh、Pardis Sahafi 和 Daniel Tay 博士组成。

《硅纳米线表面附近的大规模增强纳米级动态核极化》于8月21日星期三发表在《科学进展》上。

在传统磁共振中，检测依赖于外部磁场中“上”和“下”自旋态之间的热布居差异。然而，在纳米级磁共振中，自旋数量显著减少，自旋方向固有的统计波动可能大于热极化。因此，在观察纳米级自旋系综时，最好测量统计极化而不是热极化。

然而，由于热电子极化比核自旋大得多，因此可以采用动态核极化 (DNP) 通过将极化从电子转移到附近的原子核来放大核自旋极化。这种增强显著提高了核磁共振(NMR) 应用中的检测灵敏度。

该团队的实验表明，与统计极化相比，氢核自旋的热极化增加了 100 倍，相当于检测灵敏度增加了 15 倍。至关重要的是，这种增强相当于将测量时间缩短了 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。