論文の概要: Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.17372v3
- Date: Wed, 20 Nov 2024 15:37:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-21 16:09:49.165300
- Title: Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
- Title（参考訳）: 光処理によるナノダイアモンド-リラクソメトリー法による水環境中ナノモルパラ磁性スピンの検出
- Authors: Shiva Iyer, Changyu Yao, Olivia Lazorik, Md Shakil Bin Kashem, Pengyun Wang, Gianna Glenn, Michael Mohs, Yinyao Shi, Michael Mansour, Erik Henriksen, Kater Murch, Shankar Mukherji, Chong Zu,
- Abstract要約: 蛍光ナノダイアモンド(FNDs)の窒素空洞は、ナノスケールで温度、pH、常磁性種を感知する良い候補として浮上している。
光学的に捕捉されたFNDは、常磁性イオンに対して高い再現性を持つナノモル感度を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.1352459760485796
- License:
- Abstract: Probing electrical and magnetic properties in aqueous environments remains a frontier challenge in nanoscale sensing. Our inability to do so with quantitative accuracy imposes severe limitations, for example, on our understanding of the ionic environments in a diverse array of systems, ranging from novel materials to the living cell. The Nitrogen-Vacancy (NV) center in fluorescent nanodiamonds (FNDs) has emerged as a good candidate to sense temperature, pH, and the concentration of paramagnetic species at the nanoscale, but comes with several hurdles such as particle-to-particle variation which render calibrated measurements difficult, and the challenge to tightly confine and precisely position sensors in aqueous environment. To address this, we demonstrate relaxometry with NV centers within optically-trapped FNDs. In a proof of principle experiment, we show that optically-trapped FNDs enable highly reproducible nanomolar sensitivity to the paramagnetic ion, (\mathrm{Gd}^{3+}). We capture the three distinct phases of our experimental data by devising a model analogous to nanoscale Langmuir adsorption combined with spin coherence dynamics. Our work provides a basis for routes to sense free paramagnetic ions and molecules in biologically relevant conditions.
- Abstract（参考訳）: 水環境における電気的および磁気的性質の探索は、ナノスケールセンシングにおける最前線の課題である。
例えば、新しい物質から生きた細胞まで、様々なシステムにおけるイオン環境の理解に厳しい制限が課せられます。
蛍光ナノダイアモンド(FND)の窒素-原子空洞(NV)中心は、ナノスケールにおける温度、pH、および常磁性種の濃度を検知する良い候補として現れてきたが、校正された測定を困難にする粒子-粒子間変動や、水環境におけるセンサーの密集と精密な位置決めの難しさなど、いくつかのハードルが伴っている。
これを解決するために,光学的にトラッピングされたFND内のNV中心による緩和効果を示す。
原理実験の証明において、光学的にトラップされたFNDは、常磁性イオン (\mathrm{Gd}^{3+}) に対して高い再現性を持つナノモル感度を実現することを示す。
我々は、スピンコヒーレンスダイナミクスと組み合わせたナノスケールラングミュア吸着に類似したモデルを開発することで、実験データの3つの異なる位相を捉えた。
我々の研究は、生物学的な条件下で自由な常磁性イオンと分子を感知する経路の基礎を提供する。
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