High-Resolution Nanoscale Solid-State Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
我们提出了一种新的高分辨率纳米磁共振成像（nano-MRI）的方法，结合了高自旋灵敏度的基于磁共振的磁共振检测与高光谱分辨率核磁共振（NMR）光谱。通过应用NMR脉冲设计使用最优控制理论，我们证明了一个因素$500$减少质子自旋共振线宽在$(50\text{-nm})^{\text{3}}$体积的聚苯乙烯和图像质子自旋在一维空间分辨率低于$2~\text{nm}$。
2017-07-04 cond-mat.mes-hall
Fourier Magnetic Imaging with Nanoscale Resolution and Compressed Sensing Speed-up using Electronic Spins in Diamond
使用金刚石中的氮空位（NV）色心的光学检测的磁共振是用于纳米级磁场成像的主要模式，因为其提供单电子自旋灵敏度、优于1 nm的三维分辨率以及在环境条件下对广泛的物理和生物样品的适用性。然而，迄今为止，NV-金刚石磁成像已经使用实空间技术来执行，实空间技术要么被光学衍射限制到250 nm分辨率，要么需要缓慢的逐点扫描以获得纳米级分辨率，例如，使用原子力显微镜、磁性尖端或超分辨率光学成像。在这里，我们介绍了一种替代技术的傅立叶磁成像使用NV-金刚石。与传统的磁共振成像（MRI）类似，我们采用脉冲磁场梯度对波数或k空间中NV电子自旋的空间信息进行相位编码，然后进行快速傅立叶变换，以产生具有纳米级分辨率、宽视场（FOV）和压缩传感加速的实空间图像。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum control of proximal spins using nanoscale magnetic resonance imaging
凝聚态系统中单个自旋的量子控制是一个新兴领域，在自旋电子学、量子计算和灵敏磁力学中具有广泛的应用。最近的实验已经证明了通过光学或电学技术解决和操纵单电子自旋的能力。然而，将单个自旋控制扩展到纳米级多电子系统是一个挑战，因为单个自旋通常无法用现有方法解析。在这里，我们表明，相干的个人自旋控制可以实现与近端电子自旋的几个纳米的分辨率，通过执行单自旋磁共振成像（MRI），这是通过扫描磁场梯度，既强到足以实现纳米空间分辨率和足够稳定的相干自旋操纵实现。我们将这种扫描场梯度MRI技术应用于金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋，并在成像，表征和操纵单个自旋中实现纳米分辨率。对于NV中心，我们的研究结果表明，在个人的自旋控制的空间分辨率相比，传统的光学衍射限制技术的近两个数量级的改善。这种扫描场梯度显微镜能够实现广泛的应用，包括材料表征，自旋纠缠和纳米级磁力测量。
2011-03-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anomalous Heat Conduction and Anomalous Diffusion in Low Dimensional Nanoscale Systems
热传递是自然界中重要的能量传递过程。声子是半导体和电介质材料中主要的热载体。傅立叶定律与电导率的欧姆定律类似，是固体传热的基本定律。它指出，热导率是独立的样品规模和几何形状。虽然傅立叶定律在描述宏观热输运方面取得了巨大的成功，但它在低维系统中的有效性仍然是一个悬而未决的问题。本文综述了低维系统热输运的实验、理论和数值研究的最新进展，包括晶格模型、纳米线、纳米管和石墨烯。我们将证明，声子输运在低维系统超扩散，这导致了尺寸依赖的热导率。换句话说，傅立叶定律在低维结构中是崩溃的。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Probing surface noise with depth-calibrated spins in diamond
使用金刚石中的氮空位（NV）中心对目标自旋进行灵敏的纳米级磁共振成像（MRI）将需要对表面的主要噪声进行定量了解。我们探测这种噪声应用动态去耦到校准深度的浅NVs。结果支持NV退相模型的表面浴的电子自旋具有200 kHz的相关速率，远远快于散装N自旋浴。我们的方法相结合的氮δ掺杂生长和纳米级深度成像铺平了道路，研究自旋噪声存在于不同的材料表面。
2014-02-21 cond-mat.mes-hall
Nanoscale magnets embedded in a microstrip
本研究提出一种磁体嵌入微带线器件，实现了磁场梯度四倍提升，为纳米级磁共振成像提供了紧凑且高效的解决方案。
2023-12-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Measuring the magnetic dipole transition of single nanorods by spectroscopy and Fourier microscopy
稀土掺杂纳米晶具有明显的电偶极或磁偶极性质的光学跃迁。他们是强烈的兴趣，了解和工程在纳米尺度上的光-物质相互作用与纳米光子学的许多应用。在这里，我们研究的$^5$ D $_0\rightarrow ^7$ F $_1$跃迁偶极矢量在单个NaYF $_4$：Eu $^{3+}$纳米棒晶体的傅立叶和共聚焦显微镜。{单晶主体基质在室温下导致窄发射线，其允许分离由晶场分裂产生的斯塔克子能级}。我们观察到一个完整的磁性过渡和{低变异性}的过渡偶极取向在几个单一的纳米棒。我们估计的斯塔克子能级的偶极跃迁的比例。我们还确定了相对于基板的杆的有效高度。NaYF $_4$：Eu $^{3+}$的窄发射线特性确保了明确的电或磁跃迁，因此有助于通过标准共聚焦显微镜局部探测其电磁环境。
2021-09-17 cond-mat.mes-hall
Inverse Design in Nanoscale Heat Transport via Interpolating Interfacial Phonon Transmission
我们介绍了一种基于密度的拓扑优化的非傅立叶热输运纳米结构的方法，基于伴随的声子玻尔兹曼输运方程（BTE）和一种新的材料插值技术，“传输插值模型”（TIM）的灵敏度分析。BTE优化的关键挑战是处理真实和动量分辨材料属性之间的相互作用。通过用界面传输系数参数化材料密度，TIM能够恢复硬壁和无界面极限，同时保证空隙和固体区域之间的平滑过渡。我们首先使用我们的方法来定制周期性纳米材料的有效热导率张量，然后，我们最大限度地限制扩散运输下的经典声子尺寸效应，确定一个有前途的新的热电材料设计。我们的方法能够系统地优化材料的热管理和转换，更广泛地说，设备的设计，扩散传输是无效的。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Parallel detection and spatial mapping of large nuclear spin clusters
原子尺度的核磁共振成像（MRI）为确定单个分子和蛋白质的结构和功能提供了令人兴奋的前景。金刚石中的量子缺陷最近成为实现这一目标的一个有前途的平台，并允许在环境条件下检测和定位单核自旋。我们提出了一种有效的策略，扩展成像到大的核自旋团簇，实现了对单分子MRI技术的重要要求。我们的方法结合了弱量子测量，相位编码和模拟退火的概念，并行检测多个原子核的三维位置。检测是空间选择性的，允许我们在选定的目标半径探测原子核，同时避免强耦合近端原子核的干扰。我们证明了我们的战略，在室温下从单个近表面氮空位中心的半径为2.4 nm的范围内包含超过20个碳-13核自旋的成像集群。质子的半径外推到7-8 nm。除了在纳米级MRI中迈出重要一步之外，我们的实验还为量子模拟器和量子网络节点中大型核自旋寄存器的表征提供了一种有效的工具。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Implementation of nonlocal non-Fourier heat transfer for semiconductor nanostructures
本研究提出了一种非局域 DPL（NDPL）建模框架，用于微/纳米尺度半导体结构的热传输模拟，通过引入与 Knudsen 数呈线性关系的非局域参数 γ，以低计算成本获得了与声子玻尔兹曼方程结果高度吻合的精确温度与热流密度分布。
2023-07-02 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Atomistic modeling of the electrostatic and transport properties of a simplified nanoscale field effect transistor
在密度泛函理论的框架下，建立了研究纳米尺度双栅硅平板静电特性的第一性原理模型。所施加的栅极电压近似为包围系统的超晶胞的边界上的静电势的变化。利用实空间格林函数估计电子密度，采用高效的多重网格和快速傅里叶泊松求解器从电荷密度计算静电势。在定域SIESTA原子轨道线性组合表象下，建立Kohn-Sham方程，并在局域密度近似下自洽求解系统的波函数。计算了小偏压下弹道输运穿过原子硅板的透射率。利用等效电容模型分析了硅平板中的电荷分布和静电势随栅压的变化。观察并讨论了量子限域效应和短栅效应。
2008-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Roadmap on Nanoscale Magnetic Resonance Imaging
本文综述了纳米尺度磁共振成像（NanoMRI）三十年的发展路线图，梳理多种技术路线的现状、应用前景与挑战，并展望其对量子科技突破的推动作用。
2023-12-14 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.ins-det
Magnetic resonance force microscopy with a one-dimensional resolution of 0.9 nanometers
磁共振力显微镜（MRFM）是一种扫描探针技术，能够从纳米级样品体积中检测MRI信号，为结构生物学和医学研究提供了改变范式的潜力。然而，到目前为止，实验还没有达到足够的空间分辨率，从样品中检索有意义的结构信息。在这项工作中，我们报告的MRFM成像扫描显示的分辨率为0.9 nm和0.6 nm的定位精度在一个维度。我们的进步是通过改进的自旋激发协议，为我们提供了清晰的空间控制MRFM成像切片，结合仪器稳定性的整体进步。从切片函数的建模，我们预计，我们的安排，支持空间分辨率下降到0.3 nm给定足够的信噪比。我们的实验证明了亚纳米MRI的可行性，并实现了对大分子结构的三维成像的重要里程碑。
2019-08-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fourier Transform-Based Post-Processing Drift Compensation and Calibration Method for Scanning Probe Microscopy
本文提出了一种基于倒易空间的技术，利用晶格参数的先验知识补偿原子级分辨率SPM图像中的残余线性漂移，无需区分扫描方向或获取多方向图像，并可用于校准SPM仪器。
2023-11-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
