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超极微量试料の化学构造を决定できる量子センシング狈惭搁

筑波大学知的コミュニティ基盤研究センター ?磯谷順一名誉教授、量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所?小野田忍博士、住友電気工業株式会社アドバンストマテリアル研究所 角谷均博士らは、シュツットガルト大学?マックスプランク研究所(ドイツ) Jorg Wrachtrup教授のグループとの共同研究により、ダイヤモンドの単一のNVセンターという室温動作?ナノ空間分解能を持つ量子センサを用いた量子センシングNMRを開発し、20 ゼプトリットルの検出体積から、1贬および19FのNMRのそれぞれにおいてケミカルシフトの観測に成功しました。 本研究では、3T(テスラ)の高磁場を用い、15N核スピンをメモリに用いることによりセンサの周波数分解能を1 mHzへと改善しました。さらに、量子コンピューティングへの応用に開発されてきた量子操作技術?量子アルゴリズムを駆使し、ケミカルシフトの観測に成功し、通常のNMRが必要とする試料より11桁も少ない超極微量の試料の化学構造同定という革新的手法(量子センシングNMR)の開発に成功しました。



図 (左)核スピンを持たない同位体12颁を99.995%浓缩した高圧高温(贬笔贬罢)合成ダイヤモンド结晶、(中)左の结晶からレーザーで切り出し研磨した(111)基板、(右)(111)薄膜作成例(1尘尘×1尘尘×90μ尘)。本研究では2尘尘×2尘尘×88μ尘の薄膜を使用した。

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