論文の概要: Low-Field J-Coupling Spectroscopy Measured with a Diamond Nitrogen Vacancy Spectrometer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.24815v1
- Date: Sat, 17 Oct 2026 18:44:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-22 16:04:12.536915
- Title: Low-Field J-Coupling Spectroscopy Measured with a Diamond Nitrogen Vacancy Spectrometer
- Title（参考訳）: ダイヤモンド窒素原子価分光計を用いた低磁場Jカップリング分光
- Abstract要約: ダイヤモンド(NV)中の窒素空孔中心は、磁場の量子センシングによく適する点欠陥である。
低磁場Jカップリング分光法は、NVに容易にアクセス可能な状態における化学分解の代替経路を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nitrogen vacancy centers in diamond (NVs) are point defects well suited to quantum sensing of magnetic fields. NV spin states can be initialized and read out optically with high spatial resolution, enabling detection of pL-scale volumes of nuclear spins. Using Coherently Averaged Synchronized Readout (CASR), standard NMR spectroscopy techniques such as free decay, spin echo, and PGSE have been performed with Hz-scale spectral resolution using NV-diamond sensors. However, using NV detection for conventional high-resolution NMR at multi-tesla fields is challenging due to the need to manipulate NV electronic spins at resonance frequencies 100 GHz or higher. Low-field J-coupling spectroscopy provides an alternative path to chemical resolution in a regime more easily accessible to NVs. Here, we demonstrate homonuclear and heteronuclear J-coupling spectroscopy using an NV-NMR spectrometer based on permanent magnets operating at $\sim$890 kHz proton Larmor frequency (bias magnetic field $\sim$21 mT). This field strength enables chemical characterization based on J-coupling using sequences such as Synchronized Echo (SyncE) and Spin-Echo Double Resonance (SEDOR), which do not require the strong chemical shift dispersion and pristine field homogeneity of high-field NMR. The frequency range is easily detected by NVs using standard XY dynamical decoupling sequences and is well-suited for applying Overhauser DNP, which can boost proton signal by two orders of magnitude. We acquire initial NV-NMR measurements of T$_1$, T$_2$, and Overhauser DNP in glycerol before advancing to SEDOR spectroscopy of methanol-$^{13}$C and a methanol-$^{13}$C/acetonitrile-2-$^{13}$C mixture at sample volumes $\sim$50 pL, in which we demonstrate measurement of $^1J_\text{CH}$ couplings and resolution between species. We also acquire a homonuclear J-coupling spectrum of a natural-abundance propylene carbonate sample.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド(NV)中の窒素空孔中心は、磁場の量子センシングによく適する点欠陥である。
NVスピン状態は、高空間分解能で初期化し、光学的に読み取ることができ、pLスケールの核スピンを検出できる。
Coherently Averaged Synchronized Readout (CASR) を用いて、フリー崩壊、スピンエコー、PGSEのような標準NMR分光技術が、NVダイアモンドセンサを用いたHzスケールの分光分解能を用いて実施されている。
しかし、100GHz以上の共振周波数でNV電子スピンを操作する必要があるため、従来の高分解能NMRにおけるNV検出は困難である。
低磁場Jカップリング分光法は、NVに容易にアクセス可能な状態における化学分解の代替経路を提供する。
そこで我々は,NV-NMR分光計を用いた同核およびヘテロ核Jカップリング分光法を,常用磁石を890kHzの陽子ラーモア周波数で動作させる(バイアス磁場$\sim$21mT)。
このフィールド強度は、高磁場NMRの強い化学シフト分散と原始場均一性を必要としないシンクロナイズドエコー(SyncE)やスピンエコー二重共振(SEDOR)といった配列を用いたJカップリングに基づく化学的特徴付けを可能にする。
周波数範囲は標準XY動的デカップリングシーケンスを用いてNVで容易に検出でき、Overhauser DNPの適用には適している。
我々は,メタノール-$^{13}$Cおよびメタノール-$^{13}$C/アセトニトリル-2-$^{13}$CのSEDOR分光に進む前に,グリセロール中のT$_1$,T$_2$,Overhauser DNPの最初のNV-NMR測定値を取得する。
また, 天然吸蔵プロピレン炭酸塩試料の同核Jカップリングスペクトルも取得した。
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