近日，中國科學技術大學杜江峰教授研究組與德國斯圖加特大學的J. Wrachtrup教授組合作，成功實現了（5nm）體積樣品質子信號的檢測，取得微觀核磁共振技術的突破性進展。該實驗利用摻雜金剛石中距表面7納米深度的氮-空位單電子自旋作為原子尺度磁探針，分別實現了（5nm）體積液體和固體有機樣品中質子信號的檢測，其中包括的質子總數為一萬個，其產生的磁信號強度相當于100個統計極化的核自旋。此實驗為微觀磁共振技術的應用奠定了堅實的基礎。該研究成果于2 月1日發表在《科學》雜志上。

　　自旋在物質中廣泛存在，因而自旋磁共振技術能夠用來準確、快速和無破壞性地獲取物質的組成和結構上的信息，是當代科學中zui為重要的物質探索技術之一。一般的自旋磁共振譜儀基于系綜探測原理，它的測試對象是含有百億個以上相同自旋的系綜樣品。然而，近年來隨著物質科學探索的不斷深入，人們開始逐漸從統計平均測量向直接探測單量子的信息邁進。在自旋磁共振領域，實現微觀磁共振，甚至單自旋磁共振是這一方向發展的極為重要的科學目標。為實現這一科學目標，杜江峰教授及其合作者選取了基于摻雜金剛石中氮-空位（NV）對的固態單自旋作為探針，代替傳統的電探測方式，用基于此體系單自旋態制備成量子干涉儀，將微觀自旋體系產生的弱磁信號轉為干涉儀的相位，從而實現高靈敏度的信號檢測。

　　在雙方及其他合作者在相關領域已有的研究基礎上，中德科學家經過兩年多的努力，逐步解決了此實驗成功所需的關鍵技術：近表面NV的制備和處理及動力學解耦。這兩項技術是成功實現（5nm）體積液體和固體有機樣品中質子信號檢測*的基礎。

　　2月1日出版的同期《科學》雜志上，還發表了另一篇類似工作，這是由美國IBM的D. Rugar和美國加利福尼亞大學圣芭芭拉的D. Awschalom合作完成的，他們同樣利用NV磁探針，成功實現了（24nm）體積有機樣品的核磁信號的檢測。本期雜志上，由P. Hemmer撰寫的評論稱，此兩項工作“利用基于鉆石的納米磁強計，有效地減小了磁共振成像（MRI）的可探測體積到單個蛋白質分子水平。”