論文の概要: Quantum sensing-enabled deuterium NMR spectroscopy with nanoscale sensitivity at low magnetic fields

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.25752v1
• Date: Tue, 28 Apr 2026 15:16:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-29 16:49:17.919915
• Title: Quantum sensing-enabled deuterium NMR spectroscopy with nanoscale sensitivity at low magnetic fields
• Title（参考訳）: 低磁場でのナノスケール感度を持つ量子センシング対応重水素NMR分光法
• Authors: Dileep Singh, Riley W. Hooper, Christoph Findler, Utsab Banerjee, Dominik B. Bucher,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いたナノスケール重水素(2H)NMR分光法を実証した。 提案手法は,インダクティブ検出よりも6～8桁の感度向上を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy provides unparalleled access to molecular structure and dynamics but is traditionally limited by weak signal strength, requiring large sample volumes and high magnetic fields. Here, we demonstrate nanoscale deuterium (2H) NMR spectroscopy using nitrogen vacancy (NV) centers in diamond, reproducing the characteristic quadrupolar powder line shapes that are present in the conventional bulk NMR spectra. By detecting statistical spin fluctuations from nanometer scale detection volumes, our approach delivers a sensitivity enhancement of six to eight orders of magnitude over inductive detection while operating at magnetic fields two orders of magnitude lower than those used in conventional NMR. Temperature dependent measurements of a deuterated polymer and molecular solid reveal distinct motional averaging and phase transitions with nanoscale sensitivity. Powder-like NV detected 2H NMR establishes a powerful tool for probing molecular dynamics on the nanoscale and, in the ultimate limit, at the single molecule level - capabilities beyond those of most existing spectroscopic techniques.
• Abstract（参考訳）: 核磁気共鳴分光法(NMR)は、分子構造と力学への非平行なアクセスを提供するが、伝統的に弱い信号強度によって制限され、大量のサンプル量と高磁場を必要とする。 ここでは,ダイヤモンド中の窒素空孔 (NV) 中心を用いたナノスケール重水素 (2H) NMR分光法を実証し,従来のバルクNMRスペクトルに存在する特徴的な四極性粉末線形状を再現する。 ナノメートルスケール検出ボリュームから統計的スピン変動を検出することにより,従来のNMRより2桁低い磁場下での誘導検出において,6～8桁の感度向上を実現する。 重水素化ポリマーおよび分子固体の温度依存性測定により, 運動平均化と相転移をナノスケール感度で明らかにした。 粉末状NVが検出した2H NMRは、ナノスケールと究極的には単一の分子レベルで分子動力学を探索するための強力なツールを確立する。

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