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量子物理

arXiv:2501.03620 (quant-ph)
[提交于 2025年1月7日 ]

标题: 使用金刚石中氮空位中心的单分子尺度磁共振光谱学

标题: Single-molecule Scale Magnetic Resonance Spectroscopy using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond

Authors:Jiangfeng Du, Fazhan Shi, Xi Kong, Fedor Jekezko, Jörg Wrachtrup
摘要: 单分子技术作为一种强大的工具,能够表征原本在众多分子平均行为中隐藏的复杂结构和动态信息。 这项技术在物理、化学、生物和医学等多个领域得到了广泛的应用。 量子传感,特别是利用金刚石结构中的氮空位(NV)中心,为单分子磁共振提供了一条有前景的途径,有望实现单分子层面的传感和成像技术。 值得注意的是,尽管在过去二十年中在使用NV中心的单分子尺度磁共振方面取得了显著进展,但目前的方法在磁灵敏度、光谱分辨率和空间分辨率方面仍存在局限性。 特别是,对单分子内核自旋三维位置的完整重建仍然是一个尚未实现的目标。 本综述全面概述了当前单分子尺度磁共振的最新进展,涵盖了涉及NV中心的各种相关技术的分析。 此外,还探讨了与这些方法相关的技术参数的优化。 这一详细分析为新技术的发展和潜在应用的探索奠定了基础。
摘要: Single-molecule technology stands as a powerful tool, enabling the characterization of intricate structural and dynamic information that would otherwise remain concealed within the averaged behaviors of numerous molecules. This technology finds extensive application across diverse fields including physics, chemistry, biology, and medicine. Quantum sensing, particularly leveraging nitrogen-vacancy (NV) centers within diamond structures, presents a promising avenue for single-molecule magnetic resonance, offering prospects for sensing and imaging technology at the single-molecule level. Notably, while significant strides have been made in single-molecule scale magnetic resonance using NV centers over the past two decades, current approaches still exhibit limitations in magnetic sensitivity, spectral resolution, and spatial resolution. Particularly, the full reconstruction of three-dimensional positions of nuclear spins within single molecules remains an unattained goal. This review provides a comprehensive overview of the current state-of-the-art in single-molecule scale magnetic resonance, encompassing an analysis of various relevant techniques involving NV centers. Additionally, it explores the optimization of technical parameters associated with these methods. This detailed analysis serves as a foundation for the development of new technologies and the exploration of potential applications.
评论: 68页,46图,7图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 应用物理 (physics.app-ph); 仪器与探测器 (physics.ins-det)
引用方式: arXiv:2501.03620 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2501.03620v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.03620
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Rev. Mod. Phys. 96, 025001 (2024)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.96.025001
链接到相关资源的 DOI

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来自: Fazhan Shi [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 1 月 7 日 08:40:44 UTC (29,272 KB)
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