論文の概要: Single-molecule Scale Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy using a Robust Near-Infrared Spin Sensor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.10278v1
- Date: Thu, 11 Dec 2025 04:37:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-12 16:15:42.19018
- Title: Single-molecule Scale Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy using a Robust Near-Infrared Spin Sensor
- Title（参考訳）: ロバスト近赤外スピンセンサを用いた単一分子スケール核磁気共鳴分光
- Authors: Yu Chen, Qi Zhang, Yuanhong Teng, Chihang Luo, Zhijie Li, Jinpeng Liu, Ya Wang, Fazhan Shi, Jiangfeng Du,
- Abstract要約: 4H炭化ケイ素(4H-SiC)のPL6量子欠陥は、強い近赤外スピンセンサとして機能することを示す。
このセンサーは組織透過性波長で動作し、2nmの深さでも例外的な準表面安定性を示す。
この研究は、ナノスケール磁気共鳴のための魅力的なプラットフォームとして、4H-SiC量子センサを確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.76409657225493
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nuclear magnetic resonance (NMR) at the single-molecule level with atomic resolution holds transformative potential for structural biology and surface chemistry. Near-surface solid-state spin sensors with optical readout ability offer a promising pathway toward this goal. However, their extreme proximity to target molecules demands exceptional robustness against surface-induced perturbations. Furthermore, life science applications require these sensors to operate in biocompatible spectral ranges that minimize photodamage. In this work, we demonstrate that the PL6 quantum defect in 4H silicon carbide (4H-SiC) can serve as a robust near-infrared spin sensor. This sensor operates at tissue-transparent wavelengths and exhibits exceptional near-surface stability even at depth of 2 nm. Using shallow PL6 centers, we achieve nanoscale NMR detection of proton ($\mathrm{^{1}H}$) spins in immersion oil and fluorine ($\mathrm{^{19}F}$) spins in Fomblin, attaining a detection volume of $\mathrm{(3~nm)^3}$ and a sensitivity reaching the requirement for single-proton spin detection. This work establishes 4H-SiC quantum sensors as a compelling platform for nanoscale magnetic resonance, with promising applications in probing low-dimensional water phases, protein folding dynamics, and molecular interactions.
- Abstract（参考訳）: 原子分解能を持つ単一分子レベルでの核磁気共鳴(NMR)は、構造生物学と表面化学の変換ポテンシャルを持つ。
光学的読み出し能力を持つ表面に近い固体スピンセンサーは、この目標に向けて有望な経路を提供する。
しかし、ターゲット分子に極端に近づくと、表面誘起摂動に対して非常に頑丈さが要求される。
さらに、生命科学の応用では、これらのセンサーは光損傷を最小限に抑える生体適合スペクトル範囲で動作する必要がある。
本研究では, 4H炭化ケイ素 (4H-SiC) のPL6量子欠陥が高強度近赤外スピンセンサとして有効であることを示す。
このセンサーは組織透過性波長で動作し、2nmの深さでも例外的な準表面安定性を示す。
浅いPL6中心を用いて、Fomblinの浸漬油およびフッ素中の陽子(3〜nm)スピンをナノスケールNMRで検出し、検出ボリュームが$\mathrm{(3~nm)^3}$に達し、単一陽子スピン検出の要求に到達した感度を得る。
この研究は、4H-SiC量子センサーをナノスケール磁気共鳴のための魅力的なプラットフォームとして確立し、低次元の水相、タンパク質の折り畳み力学、分子相互作用の探索に有望な応用を期待する。
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