論文の概要: Diamond Surface Functionalization via Visible Light-Driven C-H
Activation for Nanoscale Quantum Sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.07354v1
- Date: Wed, 13 Sep 2023 23:47:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-15 16:39:14.481662
- Title: Diamond Surface Functionalization via Visible Light-Driven C-H
Activation for Nanoscale Quantum Sensing
- Title（参考訳）: ナノスケール量子センシングのための可視光駆動c-h活性化によるダイヤモンド表面機能化
- Authors: Lila V. H. Rodgers, Suong T. Nguyen, James H. Cox, Kalliope Zervas,
Zhiyang Yuan, Sorawis Sangtawesin, Alastair Stacey, Cherno Jaye, Conan
Weiland, Anton Pershin, Adam Gali, Lars Thomsen, Simon A. Meynell, Lillian B.
Hughes, Ania C. Bleszynski Jayich, Xin Gui, Robert J. Cava, Robert R.
Knowles, Nathalie P. de Leon
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔センターは、ナノスケールの核磁気共鳴センシングのための有望なプラットフォームである。
NV分子センシングは、長いスピンコヒーレンス時間を持つ数ナノメートルのNV中心に標的分子が固定されることを必要とする。
可視光を用いた環境条件下での単結晶ダイヤモンド表面上のC-H結合を直接機能化する多用途戦略を報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.31643181327064157
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nitrogen-vacancy centers in diamond are a promising platform for nanoscale
nuclear magnetic resonance sensing. Despite significant progress towards using
NV centers to detect and localize nuclear spins down to the single spin level,
NV-based spectroscopy of individual, intact, arbitrary target molecules remains
elusive. NV molecular sensing requires that target molecules are immobilized
within a few nanometers of NV centers with long spin coherence time. The inert
nature of diamond typically requires harsh functionalization techniques such as
thermal annealing or plasma processing, limiting the scope of functional groups
that can be attached to the surface. Solution-phase chemical methods can be
more readily generalized to install diverse functional groups, but they have
not been widely explored for single-crystal diamond surfaces. Moreover,
realizing shallow NV centers with long spin coherence times requires highly
ordered single-crystal surfaces, and solution-phase functionalization has not
yet been shown to be compatible with such demanding conditions. In this work,
we report a versatile strategy to directly functionalize C-H bonds on
single-crystal diamond surfaces under ambient conditions using visible light.
This functionalization method is compatible with charge stable NV centers
within 10 nm of the surface with spin coherence times comparable to the state
of the art. As a proof of principle, we use shallow ensembles of NV centers to
detect nuclear spins from functional groups attached to the surface. Our
approach to surface functionalization based on visible light-driven C-H bond
activation opens the door to deploying NV centers as a broad tool for chemical
sensing and single-molecule spectroscopy.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンドの窒素空洞中心は、ナノスケール核磁気共鳴センシングの有望なプラットフォームである。
核スピンを単一のスピンレベルまで検出し、局在させるためにNV中心を使うことへの大きな進歩にもかかわらず、NVベースの個々の、無傷な、任意の標的分子の分光は依然として解明されていない。
NV分子センシングは、長いスピンコヒーレンス時間を持つ数ナノメートルのNV中心に標的分子が固定されることを必要とする。
ダイヤモンドの不活性な性質は、一般的に熱アニールやプラズマ処理のような厳しい機能化技術を必要とし、表面に取り付けられる機能基の範囲を制限する。
溶液相化学法は多様な官能基を配置するために容易に一般化できるが、単結晶ダイヤモンド表面では広く研究されていない。
さらに、長いスピンコヒーレンス時間を持つ浅いnv中心を実現するには、高秩序な単結晶表面が必要であり、溶液相機能化はそのような要求条件と相容れないことが示されている。
本研究では,可視光を用いた単一結晶ダイヤモンド表面上のc-h結合を直接機能化する多用途戦略について報告する。
この関数化法は、表面の10nm以内の電荷安定なNV中心と互換性があり、スピンコヒーレンス時間はその最先端に匹敵する。
原理の証明として、NV中心の浅いアンサンブルを用いて、表面に取り付けられた官能基から核スピンを検出する。
可視光によるC-H結合活性化に基づく表面官能化へのアプローチは,化学センシングと単一分子分光のための幅広いツールとして,NV中心の展開への扉を開く。
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