[发明专利]一种零场顺磁共振的测量方法以及测量系统

说明书

本发明公开了一种零场顺磁共振的测量方法以及测量系统，本发明技术方案利用金刚石基材中的NV色心作为探针来测量目标电子的顺磁共振谱，使用了零场的条件，不但能抵抗了由于分子随机取向产生的不良影响，而且能排除由外磁场产生塞曼效应从而直接探测所需要的能级结构。例如：通过解析电子‑电子精细相互作用，可以得到分子的空间结构；通过解析电子‑核自旋超精细相互作用，可以得到分子的局域极性环境，且使用了精密位移装置、光学共聚焦装置、NV色心探针的结合，精密位移装置与共聚焦显微装置实现对NV色心的精确寻找和探测，且NV色心本身为单电子探针具有纳米尺度的分辨能力，从而实现了纳米尺度的探测能力。

技术领域

本发明涉及磁共振测量技术领域，更具体的说，涉及一种零场顺磁共振的测量方法以及测量系统。

背景技术

电子顺磁共振(EPR)是用来研究含有未配对电子的顺磁性物质的一种强有力的手段。EPR现象最早于1945年被前苏联物理学家E.Zavoisky发现，经过近几十年来的发展，在物理、化学、生物、材料和医学领域有着广泛的应用。但是受限于电磁线圈探测的低灵敏度，目前最好的EPR技术也仅能探测微米量级的样品。

发明内容

为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种零场顺磁共振的测量方法以及测量系统，大幅提高了电子顺磁共振的测量精度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种零场顺磁共振的测量方法，所述测量方法包括：

提供探针装置，所述探针装置包括金刚石基材以及位于所述金刚石基材内的NV色心；

在所述金刚石基材表面放置待测目标；

在所述金刚石基材中选择一个目标NV色心，使得共聚焦显微镜光路出射的激光脉冲聚焦在所述目标NV色心上；

在外界磁场为零的条件下，通过预设的激光脉冲和微波脉冲，对所述目标NV色心以及所述待测目标中的目标电子的极化状态以及能级态进行调节，基于所述目标NV色心的极化状态以及能级态的改变，以及所述目标电子的极化状态以及能级态的改变，获取待测目标的顺磁共振谱。

优选的，在上述测量方法中，所述提供探针装置的制备方法包括：

提供一金刚石基材；

对所述金刚石基材进行离子注入，在真空环境下退火，在所述金刚石基材内形成NV色心。

优选的，在上述测量方法中，在所述金刚石基材中选择一个目标NV色心，使得共聚焦显微镜光路出射的激光脉冲聚焦在所述目标NV色心上包括：

将所述金刚石基材固定在辐射结构的辐射表面；所述辐射结构用于通过所述辐射表面辐射微波脉冲；调节所述辐射结构与共聚焦显微镜光路的相对位置，使得所述共聚焦显微镜光路出射的激光脉冲能够照射到所述金刚石基材的表面，且使得所述共聚焦显微镜光路能够收集所述金刚石基材中NV色心产生的荧光；

扫描收集所述金刚石基材出射的荧光，获取NV色心所产生荧光的二维图，测量NV色心的拉比震荡频率和自旋锁定弛豫时间，基于测量结果确定所述目标NV色心；

调节所述辐射结构与所述共聚焦显微镜光路的相对位置，使得共聚焦显微镜光路出射的激光脉冲聚焦在所述目标NV色心上。

优选的，在上述测量方法中，所述NV色心在实验室坐标系下的能级结构包括|±1>态和|0>态；所述NV色心在微波场的旋转坐标系下的能级结构包括三个能级，该三个能级依次为态、态和态，该三个能级中相邻两个态的能级间隔为Ω/2，Ω＝γ_e·B₁，B₁是微波场强，γ_e是电子旋磁比；

获取所述待测目标的顺磁共振谱的方法包括：