Quantum probe hyperpolarisation of molecular nuclear spins.
Quantum probe hyperpolarisation of molecular nuclear spins.
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DOI：
10.1038/s41467-018-03578-1
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发表时间：
2018-03-28
影响因子：
16.6
通讯作者：
Hollenberg LCL
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Broadway DA;Tetienne JP;Stacey A;Wood JDA;Simpson DA;Hall LT;Hollenberg LCL
核自旋的超极化对于克服磁共振成像和核磁共振光谱学的灵敏度和分辨率限制是重要的。目前的超极化技术需要高磁场、低温或催化剂。或者，室温自旋量子比特的出现为实现直接的核自旋超极化开辟了新的途径。将无微波交叉弛豫诱导极化协议应用于氮空位量子比特，我们证明了在环境条件下，量子探测器对外部分子核自旋的超极化达到~50%，表明单个量子比特使热背景下~106个核自旋的极化增加了6个数量级。结果与详细的理论处理进行了验证，该处理还描述了该系统如何能够扩大到一个用于宏观样品的通用量子超极化平台。我们的结果展示了这种方法用于分子成像和光谱学的核自旋超极化的前景，以及它扩展到其他科学领域的潜力。具有“超极化”核自旋的分子可以用来改善磁共振成像性能，但需要一种有效的极化方法。百老汇等人。展示了一种量子控制协议，该协议使用钻石内部的氮空位中心来超极化沉积在表面上的分子中的质子。
Hyperpolarisation of nuclear spins is important in overcoming sensitivity and resolution limitations of magnetic resonance imaging and nuclear magnetic resonance spectroscopy. Current hyperpolarisation techniques require high magnetic fields, low temperatures, or catalysts. Alternatively, the emergence of room temperature spin qubits has opened new pathways to achieve direct nuclear spin hyperpolarisation. Employing a microwave-free cross-relaxation induced polarisation protocol applied to a nitrogen vacancy qubit, we demonstrate quantum probe hyperpolarisation of external molecular nuclear spins to ~50% under ambient conditions, showing a single qubit increasing the polarisation of ~106 nuclear spins by six orders of magnitude over the thermal background. Results are verified against a detailed theoretical treatment, which also describes how the system can be scaled up to a universal quantum hyperpolarisation platform for macroscopic samples. Our results demonstrate the prospects for this approach to nuclear spin hyperpolarisation for molecular imaging and spectroscopy and its potential to extend beyond into other scientific areas. Molecules with ‘hyperpolarised’ nuclear spins can be used to improve MRI performance but require an efficient polarisation method. Broadway et al. demonstrate a quantum control protocol using a nitrogen vacancy centre inside a diamond to hyperpolarise protons within molecules deposited on the surface.
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在可变场和方向的氮气中心钻石中的局部和散装（13）C超极化。
影响因子：
16.6
作者：
Álvarez GA;Bretschneider CO;Fischer R;London P;Kanda H;Onoda S;Isoya J;Gershoni D;Frydman L
通讯作者：
Frydman L
来自钻石的光学泵送氮空位中心的原位原位核自旋超极化。
影响因子：
16.6
作者：
King JP;Jeong K;Vassiliou CC;Shin CS;Page RH;Avalos CE;Wang HJ;Pines A
通讯作者：
Pines A
影响因子：
64.8
作者：
Morello, Andrea;Pla, Jarryd J.;Dzurak, Andrew S.
通讯作者：
Dzurak, Andrew S.
影响因子：
3.7
作者：
Chen, Q.;Schwarz, I.;Plenio, M. B.
通讯作者：
Plenio, M. B.
影响因子：
16.6
作者：
Kehayias P;Jarmola A;Mosavian N;Fescenko I;Benito FM;Laraoui A;Smits J;Bougas L;Budker D;Neumann A;Brueck SRJ;Acosta VM
通讯作者：
Acosta VM