High-field DNP via Substitutional Nitrogen Impurities in Diamond

通过金刚石中氮杂质的置换实现高场 DNP

基本信息

  • 批准号:
    2203681
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 48.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-01 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With support from the Chemical Measurement and Imaging Program in the Division of Chemistry, Professor Ramanathan's group at Dartmouth College is working to improve the sensitivity of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy which is widely used to characterize chemical, material, and biological systems. NMR also underpins magnetic resonance imaging (MRI) which is widely used for clinical diagnosis and brain mapping. The techniques developed by the Ramanathan group will enable NMR studies of smaller sample volumes allowing the study of novel materials and chemistry at the nano and microscale. The control of quantum systems, a key element of the project, is central to the future development of quantum technologies, a strategic national priority. The project will train multiple undergraduate and graduate students and will also develop a portable magnetic resonance laboratory to demonstrate fundamental quantum phenomena to middle- and high-school students and the broader community.Room-temperature dynamic nuclear polarization (DNP) via substitutional nitrogen or P1 centers in diamond will be used to hyperpolarize nuclear spins, both within and external to the diamond. The goals are to (i) identify the sample characteristics and experimental conditions that give rise to the largest DNP enhancements; (ii) further improve the DNP enhancements by hyperpolarizing the P1 centers via their coupling to optically-excited NV centers; and (iii) investigate the use of P1 centers in diamonds to enhance the signals of nuclei outside the diamond comparing both direct enhancement from electrons to nuclei outside the diamond and indirect enhancement where the transfer is relayed via the 13C nuclear spins in the diamond. These studies will contribute broadly to the development of methods for magnetic resonance at the mesoscale.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学系化学测量和成像计划的支持下,达特茅斯学院的Ramanathan教授的团队正在努力提高核磁共振(核磁共振)谱的灵敏度,核磁共振谱广泛用于表征化学、材料和生物系统。核磁共振也是磁共振成像(MRI)的基础,MRI被广泛用于临床诊断和脑成像。Ramanathan小组开发的技术将使较小样本量的核磁共振研究成为可能,从而能够在纳米和微米尺度上研究新材料和化学。量子系统的控制是该项目的关键要素,对量子技术的未来发展至关重要,量子技术是国家的一项战略优先事项。该项目将培养多名本科生和研究生,并将开发一个便携式磁共振实验室,向初中生和更广泛的社区展示基本的量子现象。通过替代氮或钻石中的P1中心的室温动态核极化(DNP)将被用来超极化钻石内部和外部的核自旋。目标是(1)确定引起最大DNP增强的样品特征和实验条件;(2)通过将P1中心与光学激发的NV中心耦合而使P1中心超极化,进一步改进DNP增强;以及(3)研究在钻石中使用P1中心来增强钻石外部核的信号,比较从钻石外部的电子到核的直接增强和通过钻石中的13C核自旋传递转移的间接增强。这些研究将广泛地促进中尺度磁共振方法的发展。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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