Steady state effects introduced by local relaxation modes on J-driven DNP-enhanced NMR
本文重新审视了J驱动动态核极化（JDNP）提案，引入局部振动模式弛豫和核Larmor频率量级耦合双自由基等新条件，发现三重态-单重态交叉弛豫可使核极化增强在稳态下持续存在。
2023-08-04 physics.chem-ph
Triplet J-driven DNP, a proposal to increase the sensitivity of solution-state NMR without microwave
提出三重态J驱动DNP机制，利用光诱导单线态裂变产生电子极化不平衡，无需微波即可增强溶液态NMR灵敏度。
2025-03-28 physics.chem-ph
Designing broadband pulsed dynamic nuclear polarization sequences in static solids
动态核极化（DNP）是一种NMR超极化技术，其通过微波（mw）照射介导从高度极化的未成对电子到NMR活性核的极化转移。使用任意波形发生器生成任意形状的mw脉冲的能力开辟了显着提高DNP的鲁棒性和多功能性的机会，在许多方面类似于脉冲NMR的早期阶段。我们在这里提出了新的设计原则的基础上单自旋矢量有效哈密顿理论开发新的宽带DNP脉冲序列，即绝热XiX-DNP实验和宽带幅度调制信号增强（BASE）实验。我们证明，绝热的BASE脉冲序列可以实现DNP $^{1}$ H增强因子为$\sim$ 360，这是一个在静态固体中在$\sim$ 0.35 T和80 K下优于所有先前已知的脉冲DNP序列的记录。BASE-DNP实验的带宽约为$^{1}$ H拉莫尔频率（$\sim$ 50 MHz）的3倍。
2022-03-14 physics.chem-ph
Hyperpolarized solution-state NMR spectroscopy with optically polarized crystals
提出溶解光极化并五苯掺杂萘晶体并经分子间交叉弛豫实现目标分子超极化的方法，在1.45 T下一分钟内使多种小分子NMR信号增强-200至-1730倍。
2021-08-17 physics.chem-ph
Parahydrogen-induced polarization relayed via proton exchange
核磁共振和核磁共振成像的灵敏度可以通过核自旋的超极化来提高。然而，目前的方法是昂贵的，极化是相对低的，或适用性是有限的。在这里，我们报告了一种新的超极化方法相结合的低成本，高极化的氢化仲氢诱导极化（PHIP）的极化转移通过质子交换的灵活性。这种新方法可以用来分析各种分子，包括醇类、水、乳酸盐和丙酮酸盐。平均而言，仅$\approx$ 3 mM的超极化转移剂就足以通过质子交换显著增强$\approx$ 100 mM靶分子的信号。因此，氢化仲氢引起的超极化与质子交换（PHIP-X）提供了一个新的途径NMR应用超出了热极化的限制。
2020-12-07 physics.chem-ph
Robust nuclear hyperpolarization of small molecules through intermolecular transfer of parahydrogen-derived polarization
NVision Imaging Technologies GmbH（NVision成像技术有限公司）；Institute of Chemical Physics, Vilnius University（维尔纽斯大学化学物理研究所）；Institut für Theoretische Physik, Universität Ulm（乌尔姆大学理论物理研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）；Dipartimento di Medicina, Scienze della Vita e dell’Ambiente, Università degli studi dell’Aquila（阿奎拉大学生命与环境科学医学系）；Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院化学科学与工程研究所）
研究旨在解决超极化技术局限，核心方法是基于PHIP构建PHIPNOE平台，通过分子间极化转移实现对多种目标分子的超极化，主要贡献为拓展了超极化技术应用范围，提升了NMR信号检测灵敏度。
2026-07-14 physics.chem-ph
Bridging DNP and MAS NMR dipolar recoupling -- from static single crystal to spinning powders
本文提出一种基于简单形式体系的方法，证明单晶静态样品优化可简化旋转粉末实验设计，且脉冲序列可在不同波谱学间互换，并据此设计了基于 PLATO 的超宽带异核固态 NMR MAS 偶极重耦合与交叉极化实验。
2025-01-30 physics.chem-ph
Solid-State NMR Dipolar Recoupling in Presence of Large Chemical Shielding Anisotropies by Quaternion-Based Effective Hamiltonian Optimal Control
Aarhus University（奥胡斯大学）
研究在大化学屏蔽各向异性影响下固态核磁共振偶极重耦合的问题，提出基于四元数的最优控制方法，通过单自旋操作优化有效哈密顿量，减少各向异性屏蔽影响，并给出\(^{19}F\)到\(^{13}C\)极化转移的数值和实验证明。
2026-07-16 physics.chem-ph
LED-based photo-CIDNP hyperpolarization enables 19F MR imaging and 19F NMR spectroscopy of 3-fluoro-DL-tyrosine at 0.6 T
虽然19 F具有在生物成像中用作无背景分子标记的高潜力，但是标记物质的摩尔量通常太小而不能实现具有足够高的信噪比（SNR）的19 F MR成像或19 F NMR光谱。超极化方法如基于仲氢的超极化或动态核极化（DNP）可以显著提高SNR，但需要昂贵且复杂的样品制备以及去除有毒催化剂和溶剂。因此，我们使用氟化氨基酸3-氟-DL-酪氨酸与核黄素5 '-单磷酸（FMN）的生物相容性模型作为溶解在具有3.4%H2Odest的D2 O中的发色团。允许通过光化学诱导的动态核极化（photo-CIDNP）将光能转化为19 F核的超极化。我们使用低成本的高功率蓝色LED来照亮样品，取代传统上使用的激光激发，这是潜在的有害和昂贵的。首次，我们提出了超极化19 F MRI和19 F NMR的结果进行了低成本的0.6 T台式MRI系统。该装置允许同时进行双通道1H/19 F NMR。19 F成像以（0.94 mm）2平面内分辨率进行。这使得能够在样品内实现不同程度的超偏振的空间分辨率。我们估计在0.6 T下基于光CIDNP的19 F信号增强约为465。FMN即使在多次激发后也不会漂白，因此可以通过对超极化信号进行平均来进一步提高信噪比。结果表明，易于使用的实验装置具有很高的潜力，作为一个有效的临床前工具，在生物成像超极化研究。
2022-04-13 physics.chem-ph
Probing Functionalities and Acidity of Calcined Phenylene-Bridged Periodic Mesoporous Organosilicates Using Dynamic Nuclear Polarization NMR, Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy, and X-ray Photoelectron Spectroscopy
周期性介孔有机硅（PMO）材料具有高比表面积、高稳定性和疏水性，是环境友好型水化学反应的理想催化载体。我们在这里研究如何煅烧PMO材料与苯连接（PMOB）允许其功能化。常规和动态核极化（DNP）增强NMR光谱、漫反射红外傅里叶变换光谱和X射线光电子能谱学证明，在450 °C下煅烧导致亚苯基桥氧化成（聚）酚，但也氧化成羧酸。还观察到酮、醛以及烯丙基和脂肪醇官能团，但它们的量远低于羧酸。煅烧还裂解Si-C键。然而，N2吸附脱附测量、粉末X射线衍射和透射电子显微镜表明，煅烧至600 °C的PMOB材料仍然表现出有序的中孔。我们表明，在450 °C下煅烧的PMOB的酚和羧酸官能团在室温下使1-（3-氨丙基）咪唑（API）在水中的NH 2基团质子化，但没有检测到API和煅烧的PMOB官能团之间形成共价键。
2020-07-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Photochemically induced dynamic nuclear polarization of heteronuclear singlet order
光化学诱导动态核极化（photo-CIDNP）是一种利用光来超极化核自旋的方法。在大多数情况下，CIDNP实验在高磁场下进行，样品由核磁共振（NMR）光谱仪内的光照射。在这里，我们展示了光CIDNP超极化产生的地球磁场和零至超低场（ZULF）的条件下。用便宜的发光二极管照射样品几秒钟，产生1H和13 C核自旋的强超极化，使NMR信号增强几百倍。在地球场和ZULF中的超极化自旋态是不同的。在后一种情况下，该状态对应于标量耦合1H-13 C核自旋之间的单线态。这种状态比在地球场超极化的状态具有更长的寿命。该方法是简单和成本效益，并应适用于许多分子系统已知的表现出光CIDNP，包括氨基酸和核苷酸。
2021-02-15 physics.chem-ph
Selectively pulsed spin order transfer increases parahydrogen-induced NMR amplification of insensitive nuclei and makes polarization transfer more robust
本文提出一种用于仲氢诱导极化的选择性脉冲自旋序转移新方法phSPINEPT+，通过抑制不需要的间接自旋相互作用，实现了对所有弱耦合自旋系统均有效的鲁棒极化转移，在不完全或非氘标记分子中实现了显著的13C超极化。
2021-09-10 physics.chem-ph
Direct Sensing of Remote Nuclei: Expanding the Reach of Cross-Effect Dynamic Nuclear Polarization
针对交叉效应DNP难以直接极化远程核的问题，本文提出具有数百MHz强电子-电子耦合的新型双自由基设计，实现超过2.0 nm的直接极化转移。
2023-09-27 physics.chem-ph
Surface Sensitive NMR Detection of the SEI Layer on Reduced Graphene Oxide
固体电解质界面（SEI）对可再充电电池的性能和寿命是有害的。了解它的形成需要提供分子水平洞察力的分析技术。在这里，动态核极化（DNP）是第一次用于提高灵敏度的固态NMR（ssNMR）光谱的SEI。该方法在天然丰度和富含13 C的电解质溶剂中的锂离子电池中循环的还原氧化石墨烯（rGO）上得到证明。我们的研究结果表明，DNP增强了外部SEI层的信号，使得能够在合理的时间范围内从SEI的该组分中检测天然丰度13 C光谱。此外，在100K下的13C富集的电解质测量提供了足够的灵敏度，而没有DNP，这是由于大量的SEI填充rGO孔，从而允许区分内部和外部SEI层组成。进一步开发这种方法将有利于许多电极材料的研究，使ssNMR具有有效探测SEI所需的灵敏度。
2018-05-08 physics.chem-ph
Continuous Radio Amplification by Stimulated Emission using Parahydrogen Induced Polarization (PHIP-RASER) at 14 Tesla
核磁共振（NMR）是一种有趣的量子力学效应，可用于日常生活中的医学诊断和化学分析。许多进步促成了该技术的成功，包括超极化造影剂，使实时成像的代谢在体内。在物理学中，超极化使NMR RASER能够使用定制的低场设置和高Q线圈，直到最近。在此基础上，我们报道了一种以600 MHz的高频率连续发射1H NMR信号超过10 min的RASER。保持了完整的化学位移分辨率，并实现了2 ppb的线宽。对双自旋1/2耦合系统中的RASER效应进行了新的模拟，并再现了实验结果。这种效果只使用标准设备就可以发现;不需要专门的设置，使得NMR RASER可以被广泛的研究人员使用。
2019-07-25 physics.chem-ph physics.ins-det
Heteronuclear transfers from labile protons in biomolecular NMR: Cross Polarization, revisited
基于INEPT和HMQC的脉冲序列被广泛用于在异核之间转移偏振，特别是在生物分子光谱学中：它们易于设置并且涉及低功率沉积。尽管如此，这些短脉冲极化转移方案受到快速溶剂化学交换的挑战。改善这些异质性转移的替代方案是J驱动交叉极化（J-CP），其通过在Hartmann-Hahn条件下自旋锁定耦合自旋来转移极化。J-CP提供了一定的免疫力，对化学交换和其他T2类松弛效应，在这里深入研究的行为，刘维空间数值和分析推导描述的传输效率。虽然优于基于INEPT的传输，但快速交换也可能会减慢这些J-CP传输，从而损害其效率。因此，本研究探讨了在快速溶剂化学交换存在下，重复投影操作改善1H-> 15 N和1H-> 15 N-> 13 C J-CP转移的潜力。发现虽然重复的J-CP相对于延长的CP提供很少的1H-> 15 N转移优势，但是保持水和不稳定质子有效自旋锁定的多个接触可以在化学交换的存在下改善1H-> 15 N-> 13 C转移。随后的循环，级联交叉极化（L-CCP）通过依赖13 C更长的寿命来补偿单个J-CP损失，从而产生一种算法冷却，可以为15 N以及羰基和α 13 Cs提供高极化。这可以促进某些实验，如对涉及不稳定的化学交换质子的内在无序蛋白质的三重共振实验所证明的。
2021-09-02 physics.bio-ph physics.chem-ph
Characterization of Strongly Hyperfine-split Protons by DNP
本研究通过反向DNP和带选择性倒转脉冲，揭示了强超精细分裂质子的自旋扩散机制及电子-电子自旋扩散过程。
2026-01-09 physics.chem-ph
Metal Ions based Dynamic Nuclear Polarization: MI-DNP
本文综述MI-DNP，阐述利用顺磁性金属中心作为内源性极化剂的EPR/NMR表征、DNP机制及其相对有机自由基方法的材料科学应用价值。
2025-02-15 physics.chem-ph
Efficient conversion of anti-phase spin order of protons into 15N magnetization using SLIC-SABRE
SABRE（可逆交换信号放大）是一种用于增强NMR（核磁共振）信号的技术，其利用仲氢（pH 2，处于其核自旋状态的H2分子）作为非热自旋有序的来源。在SABRE实验中，pH 2与具有待极化基板的有机金属络合物结合;随后，发生自旋序转移，并且基板获得非热自旋极化，从而导致强NMR信号增强。在这项工作中，我们认为，在SABRE实验在高磁场下进行的H2的自旋顺序不一定是单态顺序，而是反相极化，$S_{1z}S_{2z}$。虽然SABRE利用pH 2，即，假定H2的起始自旋顺序是单重态顺序，一旦pH 2与复合物结合，溶液中S-T0转化就变得有效。这种自旋顺序的变化，变成了$S_{1z}S_{2z}$，有一个重要的后果：用于转移SABRE极化的NMR方法需要修改。在这里，我们表明，提出的方法为初始单态顺序可能不工作的S_1zS_2z顺序，然而，一个简单的修改，使他们再次有效。一个理论上的处理所考虑的问题，提出了这些考虑的高场SABRE实验的支持。因此，为了有效地使用SABRE，应该注意到极化形成是一个复杂的多阶段过程：对该过程的仔细优化不仅可以处理化学方面，还可以处理自旋动力学，包括H2的自旋动力学。
2018-02-13 physics.chem-ph
Enantiospecificity in NMR Enabled by Chirality-Induced Spin Selectivity
本文通过有效自旋哈密顿量与氨基酸 DFT 计算解释固态 NMR 的对映特异性响应，证明 J 耦合依赖对映异构体，使 NMR 可用于无外部试剂的手性判别。
2024-07-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Dynamic Nuclear Polarization in Battery Materials
本文综述了动态核极化（DNP）如何突破固态NMR灵敏度限制，实现电池材料界面与体相检测，并展望其在环境条件下高灵敏、选择性表征的发展方向。
2023-07-07 physics.chem-ph
Recent developments in MAS DNP-NMR of materials
固体核磁共振波谱是一种用于表征材料原子级结构和动力学的强大技术。然而，这种技术的使用往往受到其缺乏灵敏度的限制，这可能会妨碍对表面、缺陷或不敏感同位素的观察。动态核极化（DNP）已被证明在静磁场$B_0 \ge 5$ T下，在魔角旋转（MAS）下，在允许获得高分辨率光谱的条件下，将材料上的NMR实验的灵敏度提高一到三个数量级。在过去的十年中，材料的DNP-NMR光谱学领域经历了快速的发展，特别是受到商业DNP-NMR系统的可用性的刺激。我们在这里提供了一个深入的概述MAS DNP-NMR研究的材料在高$B_0$领域。在对材料的DNP进行历史回顾之后，我们描述了MAS下的DNP转移、自旋扩散极化的传输以及对DNP-NMR实验整体灵敏度的各种贡献。我们讨论了定制偏振剂的设计和材料的情况下的样品制备。本文介绍了DNP-NMR的硬件结构以及微波功率、磁场、温度和MAS频率等关键实验参数对DNP-NMR的影响。我们给出了一个概述的同位素，已被检测到这种技术，并已与DNP相结合的NMR方法。最后，我们展示了MAS DNP-NMR如何应用于有机，杂化和无机材料的结构，并在健康，能源，催化，光电子学等领域应用。
2020-07-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
In situ Learning-Based Spin Engineering of Pulsed Dynamic Nuclear Polarization
Aarhus University（奥胡斯大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg（海德堡大学）
本文提出利用贝叶斯机器学习和约束随机游走方法，原位设计高效宽带DNP脉冲序列，提升核磁共振和磁共振成像的灵敏度。
2026-03-19 physics.chem-ph quant-ph
SABRE Hyperpolarization of Unmodified Amino Acids in Partially Aqueous Media: L-[1-13C]-Valine as a Model System
School of Chemistry, Highfield Campus, Southampton, SO17 1BJ United Kingdom（南安普顿大学化学学院）
本研究以L-[1-13C]-缬氨酸为模型，利用SABRE技术实现部分水相介质中未修饰氨基酸的13C超极化，在1.1 T台式NMR上获超60倍信号增强，为其应用于甘氨酸提供初步证据。
2026-08-12 physics.chem-ph
Observation of Low-$γ$ Quadrupolar Nuclei by Surface-Enhanced NMR Spectroscopy
我们介绍了一种新的NMR方法，扩展了魔角自旋下的间接动态核极化（DNP）的能力，以探测半整数自旋四极核的局部环境。与交叉极化相比，这种基于绝热偶极再耦合的重聚焦INEPT方案的新方法更容易优化，并且不会扭曲四极线的形状。此外，这种技术的使用，而不是PRESTO（相移再耦合效应平稳转移顺序）计划或直接DNP，大大提高了DNP-NMR的灵敏度，用于检测四极同位素与质子的偶极耦合小，特别是那些位于无机材料的表面下或具有低旋磁比（$γ$）。该技术已被应用于鉴定水合二氧化钛负载的MoO ${}_3$，MoO ${}_3$ /TiO ${}_2$，一种广泛使用的多相催化剂的布朗斯台德酸中心的原子水平的结构。质子化和非质子化的${}^{17}$ O位点的光谱（以天然丰度获得）表明存在各种氧代钼酸盐物种以及HOMo ${}_2$和HOMo ${}_3$布朗斯台德酸位点。这种新方法的增强的灵敏度还使得能够获得${}^{95}$ Mo和${}^{47,49}$ Ti低- $γ$四极同位素的第一个DNP增强光谱。提出的极化转移也被用于获得另一个低-$γ$四极同位素${}^{67}$ Zn的第一个DNP增强光谱。这种可能性被证明用于光电器件中的Al掺杂的ZnO纳米粒子。所获得的${}^{17}$ O、${}^{27}$ Al和${}^{67}$ Zn DNP-NMR数据证明这些纳米颗粒的表面区域包含ZnO…
2020-07-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Observation of Dynamic Nuclear Polarization Echoes
本文证明脉冲DNP中电子-核极化转移可在微秒尺度逆转并观测到DNP回波，该回波由两个仅超精细耦合符号不同的脉冲序列引发，实验在80K下对trityl自由基冷冻溶液完成，对脉冲DNP在增强NMR及量子传感等领域的发展具有重要意义。
2024-06-27 physics.chem-ph
Magnetization and Polarization of Coupled Nuclear Spin Ensembles
本研究证明了高场下热力学平衡态中一般自旋I系统的总NMR信号与自旋等价单元划分无关的定理，通过两种方法推导，指出其不适用于非平衡态及零/超低场NMR，并设计了教学问题，巩固了磁共振相关原理。
2024-11-26 physics.chem-ph quant-ph
Phase coherent excitation of SABRE permits simultaneous hyperpolarization of multiple targets at high magnetic field
磁共振中的超极化方法克服了灵敏度的限制，特别是对于低γ核，如13 C和15 N。通过可逆交换的信号放大（SABRE）和扩展的SABRE（X-SABRE）是用于在各种原子核上产生大极化的有效且低成本的方法，但它们最常使用低磁场（μT-mT）。高场方法，其中超极化是直接在光谱仪中产生的，可能是更方便，但已被限制到选择性hyperpolarization单一目标。在这里，我们介绍了一种新的脉冲序列为基础的方法，提供宽带激发的SABRE超极化在高磁场，而不必定制脉冲序列参数，以特定的目标。这允许在高场首次同时超极化多个目标，并提供了一个直接的方法，高场SABRE超极化集成到常规NMR应用，如基于NMR的代谢组学和生物分子NMR。
2021-07-27 physics.chem-ph
Relativistic relationship between nuclear-spin-dependent parity-violating NMR shielding and nuclear spin-rotation tensors
在非相对论（NR）区域内，核自旋相关宇称破坏对NMR屏蔽和核自旋旋转张量（分别为${\bf σ}^{PV}$和${\bf M}^{PV}$）的贡献形式上是相互关联的。这种形式上的关系在相对论的范围内不再有效。一个新的更一般的正式关系，这是有效的相对论框架内显示，通过使用LRESC模型正在开发。极化传播子的形式主义适用于写入两个制度，相对论和NR内的两个属性的不同贡献。在相对论体系中，狄拉克-库仑哈密顿量被选为未微扰哈密顿量。理论的发展以及对H $_2X_2$系列分子（$X =$ $^{17}$ O，$^{33}$ S，$^{77}$ Se，$^{125}$ Te和$^{209}$ Po）进行的计算结果表明，在相对论范围内，宇称违反对两种性质的贡献之间也有密切的关系。特别是，自旋相关的贡献是最重要的四个组件计算的电弱效应的各向同性值的两个张量，${\bf σ}^{PV}$和${\bf M}^{PV}$，也负责之前提到的NR之间的关系的故障。当考虑标量相对论效应时，最后一个关系仍然成立。
2022-08-09 physics.chem-ph
Essential Tools of Linear Algebra for Calculating Nuclear Spin Dynamics of Chemically Exchanging Systems
本文介绍计算化学交换系统核磁共振自旋动力学的线性代数工具，通过 Liouville 空间超算符与 Python 代码，模拟 NH3/NH4+ 交换及 SABRE 极化转移，为分析 NMR 谱提供方法基础。
2023-07-29 physics.chem-ph
Chemically Induced Dynamic Nuclear Polarization of 19F Nuclei
本研究从理论和实验两方面探讨了19 F核的光化学诱导动态核极化（photo-CIDNP），相关的自旋弛豫，交叉弛豫和交叉相关效应，以及19 F CIDNP在蛋白质结构和折叠问题中的潜在应用。关键词：CIDNP，弛豫，氟，NMR，NOE，TR-CIDNP，tc 5 b，Trp-笼，GFP
2011-04-27 physics.bio-ph physics.chem-ph
Parahydrogen enhanced zero-field nuclear magnetic resonance
通常在多特斯拉磁场中检测的核磁共振（NMR）是确定分子身份、结构和功能的强大分析工具。随着预极化方法的出现和使用原子磁力计或超导量子干涉器件（SQUID）的替代检测方案的出现，在非常低（~地球场）甚至零场的NMR最近引起了相当大的关注。尽管使用SQUID或原子磁力计，但与常规高场NMR相比，低场NMR通常具有低灵敏度。在这里，我们演示了通过仲氢诱导极化（PHIP）产生的零场NMR信号的直接检测，使高分辨率NMR无需使用任何磁体。该灵敏度足以在单个瞬态中观察到在具有天然丰度的13 C的化合物中表现出13 C-1H J-偶联的光谱。由此产生的光谱显示具有直接解释的独特特征，并可用于化学指纹。
2011-02-26 physics.atom-ph physics.chem-ph
High-sensitivity multichannel zero-to-ultralow field NMR with atomic magnetometer arrays
本文提出一种基于光泵磁强计阵列的多通道零场至超低场NMR装置，利用非均匀大口径磁体仅做预极化，实现高灵敏度并行检测多个样品，并验证了三样品同时检测，为高通量NMR应用奠定基础。
2024-07-01 physics.chem-ph physics.ins-det
Polarization transfer from optically-pumped NV center ensembles to multinuclear spin baths
NV-金刚石在纳米级传感和自旋操纵方面引起了人们的浓厚兴趣。特别地，在单个NV中心的光激发之后的非平衡电子自旋极化已经成功地转移到缺陷周围的核自旋浴中。然而，这些实验需要扩展到NV-合奏有前途的实际应用中的超极化的大体积样品体积的NMR信号增强。在这里，我们使用一个密集的，浅的NV-中心合奏证明在一个定义良好的复合金刚石样品系统的核自旋的极化转移。这使我们能够解决三种不同类型的核自旋在不同的位置相对于NV极化源：从接近$^{13}$ C内的金刚石晶格的自组装分子系统组成的$^{1}$ H和$^{19}$ F自旋外的金刚石和多个接口。我们发现，合奏NV实验面临的问题不同于单一NV实验。特别地，使用自旋锁脉冲，NV系综的非均匀加宽的ESR线限制了可以发生转移协议的最小共振线宽。此外，我们比较了不同的核浴的NV自旋极化损失和极化转移率，并讨论了自旋扩散的作用，作为间接影响核极化建立在纳米NV-NMR实验的检测体积内的直接观察。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Exploring Overlapping Mechanisms of Dynamic Nuclear Polarization in Type 1b HPHT Diamond
Dartmouth College（达特茅斯学院）；CUNY-City College of New York（纽约市立大学城市学院）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本研究通过单色和频率调制微波激发探索钻石中DNP机制的竞争，发现频率调制可选择性增强不同DNP机制以提高$^{13}$C NMR信号。
2025-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Cryogenic field-cycling instrument for optical NMR hyperpolarization studies
针对光学DNP研究需求，本文提出一种低温场循环仪器，支持宽范围磁场与温度下长期运行及数百万RF脉冲操控，并在金刚石13C核自旋模型中验证了其有效性。
2024-12-21 physics.chem-ph physics.ins-det quant-ph
DNP-NMR of surface hydrogen on silicon microparticles
动态核极化（DNP）增强的核磁共振（NMR）为研究晶体和非晶体材料表面的局部原子环境提供了一条很有前途的途径。我们利用未成对电子，由于缺陷接近表面的硅微粒hyperbonding相邻的$^{1}$ H核。在3.3 T和4.2 K下，我们观察到两个质子峰的存在，每个峰的线宽约为5 kHz。回波实验表明两个峰的$\sim 150-300$ Hz的均匀线宽，表明两种环境中质子的稀疏分布。在10 ppm处的低场峰位于质子NMR的典型化学位移范围内，并且被发现在重复测量中相对稳定。发现高场峰的位置在-19和-37 ppm之间变化，远超出典型质子NMR位移的范围，并且指示高度的化学屏蔽。还发现在不同的实验运行中，高场峰的强度显着不同，表明弱结合的物种。这些结果表明，氢位于两个不同的微观环境中的这些Si颗粒的表面上。
2019-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Upscaling the hyperpolarization sample volume of an automated hydrogenative parahydrogen-induced polarizer
University Hospital Schleswig-Holstein, Kiel University（基尔大学什勒斯维希-霍尔施泰因大学医院）
本研究升级了自动化PHIP系统，将超极化样品体积扩大至2.2 mL，通过优化反应器和参数，在80秒周期内实现31.3%的1H极化，适用于临床前MRI。
2025-07-08 physics.chem-ph physics.ins-det
Bulk Nuclear Polarization Enhanced at Room-Temperature by Optical Pumping
基于氮空位色心的光抽运，金刚石中13 C的体极化在室温下可以得到强烈的增强。通过在~50 mT的场下照射适当排列的单晶，促进电子激发态能级之间的反交叉，然后将样品穿梭到定制的NMR装置中并随后进行13 C检测，证实了这种效果。测量了~0.5%的核极化-相当于在室温下在~2000 T的场下通过热极化可实现的13 C极化-，并且基于线形和弛豫测量确定其体积性质。获得了正和负的增强极化，在光泵浦过程中对磁场具有一般复杂但可预测的依赖性。由于其简单性，这种13 C室温极化策略为现有的核超极化技术提供了一个有前途的新补充。
2013-06-05 physics.chem-ph quant-ph
Compact magnetic field cycling system with the range from nT to 9.4 T exemplified with 13C relaxation dispersion and SABRE-SHEATH hyperpolarization
University Hospital Schleswig-Holstein, Kiel University（基尔大学）
本文提出了一种紧凑型磁感应场循环系统，用于高分辨率核磁共振谱仪，通过13C弛豫分散和SABRE-SHEATH超极化技术展示了其应用，实现了快速磁场切换和超极化信号的精确测量。
2025-06-10 physics.chem-ph physics.ins-det
Hadamard magnetization transfers achieve dramatic sensitivity enhancements in homonuclear multidimensional NMR correlations of labile sites in proteins, polysaccharides and nucleic acids
EXSY、TOCSY和NOESY是有机化学和药物化学以及结构生物学中核磁共振实验的基础。有限的磁化传递效率是这些方法的固有缺点，特别是当靶向快速交换的物种，如普遍存在于多糖，侧链和蛋白质的主链，以及在核酸的碱基和糖中的不稳定质子时：通过溶剂交换赋予这些质子的快速去相干，大大减少了它们在同源相关实验中的参与。我们最近讨论了如何将这些去粘合剂可视化为抗芝诺效应，可以利用该效应来提高环投影光谱（L-PROSY）内的homopolysine转移的效率，导致生物分子中酰胺基团的NOESY和TOCSY交叉峰增强200-300%。这项研究表明，甚至更大的灵敏度增益每单位时间，相当于减少了几百倍的实验持续时间，可以实现循环反演或使用饱和程序。在随后的实验中，先验选择的频率根据阿达玛食谱编码，并随后通过线性组合沿间接维度解决。磁化转移（MT）过程让人想起那些发生在CEST提供显着增强所产生的交叉峰，在一个正常的2D实验的采集时间只有一小部分。水，不稳定和非不稳定的质子之间的随后的三路极化转移相互作用的有效性实验证实了蛋白质，高寡糖和核酸。在所有情况下，在常规的2D NMR对应物中几乎检测不到的交叉峰被测量为约。10-倍更快，并与200-600%的信号增强阿达玛MT同行。
2020-04-27 physics.bio-ph physics.chem-ph
Magic Angle Spinning Effects on Longitudinal NMR Relaxation: 15N in L-Histidine
研究通过盐酸 L-组氨酸一水合物和甘氨酸考察魔角旋转对纵向 15N NMR 弛豫的影响，发现旋转共振可使咪唑环氮弛豫降低近三个数量级。
2023-11-03 physics.chem-ph quant-ph
Two-dimensional nuclear magnetic resonance spectroscopy with a microfluidic diamond quantum sensor
基于金刚石中氮空位中心的量子传感器由于其微米级的检测体积和基于非感应的检测而成为核磁共振（NMR）光谱的有前途的检测模式。剩下的挑战是实现足够高的光谱分辨率和浓度灵敏度的多维NMR分析的皮升样品体积。在这里，我们通过在微流体平台中空间分离实验的偏振和检测阶段来解决这一挑战。我们实现了0.65 +/- 0.05 Hz的光谱分辨率，比以前的金刚石NMR研究提高了一个数量级。我们使用该平台在有效的~20皮升检测体积内对液体分析物进行二维相关光谱分析。使用金刚石量子传感器作为在线微流体NMR检测器是在质量受限的化学分析和单细胞生物学中应用的重要一步。
2019-01-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.chem-ph
Room temperature "Optical Nanodiamond Hyperpolarizer": physics, design and operation
动态核极化（DNP）是一套功能强大的技术，可在NMR和MRI中提供多重信号增强。所产生的非热自旋态也可以用于量子传感和作为探针的多体物理。典型的DNP方法需要使用冷冻剂、大磁场和高功率微波，这些都是昂贵且笨重的。富含氮空位（NV）中心的纳米金刚石颗粒作为替代DNP试剂已经引起关注，因为它们可以在室温下潜在地光学超极化。事实上，实现微型“光学纳米金刚石超偏振器”，其中13 C核被光学超偏振一直是一个长期的目标，但在技术上具有挑战性。在这里，揭示了在[Ajoy等人，sci. Adv. 4，eaar5492（2018）]，我们报告了这种器件在超紧凑的占地面积中的实现，并且在室温下完全工作。仪器的要求是非常温和的：低偏振场，极低的光学和微波辐射功率，以及方便的频率范围，使设备小型化。我们得到最好的报告光学13 C超极化的金刚石颗粒超过720倍的热7T值（0.86%体极化），对应于一千万倍的NMR平均时间增益。此外，超极化信号可以被背景抑制超过两个数量级，并保持多分钟长的时间。除了在量子传感和亮对比度MRI成像中的引人注目的应用外，这项工作还为低成本DNP平台铺平了道路，该平台将13 C极化传递到与高表面积颗粒接触的液体。这将最终允许开发用于化学分析的微型“量子辅助”NMR光谱仪。
2018-11-26 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
