报告分享 | 基于量子精密测量的科学仪器——从系综到单自旋

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第十五届中国科学仪器发展年会（ACCSI2021）暨量子精密测量发展论坛现场，国仪量子高级应用工程师代映秋带来《基于量子精密测量的科学仪器——从系综到单自旋》的报告，介绍了电子顺磁共振谱仪及量子钻石单自旋谱仪两款高端科学仪器的产品特性、工作原理及其应用场景。

LECTURER INTRODUCTION

代映秋

国仪量子高级应用工程师

代映秋，中国科学技术大学博士。主要研究方向为磁共振谱仪的研制及应用研究。现任国仪量子高级应用工程师。

报告精彩看点

电子顺磁共振波谱技术是一种研究含有未成对电子物质的结构、动力学以及空间分布的谱学方法，能够提供原位和无损的电子自旋、轨道和原子核等微观尺度的信息。代映秋在报告中介绍了国仪电子顺磁共振谱仪的技术原理及其应用。电子自旋磁共振技术能够用来准确、快速和无破坏性地获取物质的组成和结构上的信息，也是目前最直接、最灵敏的观测自由基的手段，在物理、化学、材料科学、生命科学等多个前沿科学领域研究都具有广泛应用。

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关于电子顺磁共振谱仪

电子顺磁共振 (Electron Paramagnetic Resonance， EPR) 波谱技术是一种研究含有未成对电子物质的组成、结构以 及动力学等信息的谱学方法，能够提供原位和无损的电子自旋、轨道和原子核等微观尺度的信息。

X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR-100

当含有未成对电子的物质置于静磁场中时，如果对样品施加一定频率的电磁波信号，会观测到物质对电磁波能量的发射或者吸收。

通过对电磁波信号的变化规律进行分析，可以简析出电子以及其周围环境的特性，从而可以进行物质结构的分析以及其他应用。含有未成对电子的物质分布广泛，如孤立单原子、导体、磁性分子、过渡金属离子、稀土离子、离子团簇、掺杂材料、 缺陷材料、生物自由基、金属蛋白等；许多物质本身不含有未成对电子，在受到光激发后会产生未成对电子。因此电子顺磁共振技术广泛应用于物理、化学、生物、材料、工业等领域。

X波段连续波电子顺磁共振谱仪EPR-200Plus

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关于量子钻石单自旋谱仪

量子钻石单自旋谱仪是一台以 NV 色心自旋磁共振为原理的量子实验平台。该谱仪通过控制光、电、磁等基本物理量， 实现对钻石中氮—空位（NV 色心）发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，与传统顺磁共振、核磁共振相比，具有初态是 量子纯态、自旋量子相干时间长、量子操控能力强大、量子塌缩测量实验结果直观等独特优势。 

量子钻石单自旋谱仪

量子钻石单自旋谱仪具有超高灵敏度与纳米级超高分辨率，可以完成单分子、单细胞的微观磁共振谱学和成像，同时可以运行在室温大气条件下，对于生物样品有良好的兼容性。该谱仪具备高保真度量子自旋态调控技术，通过自主研发的 50 ps 时间精度脉冲发生器以及宽带高功率微波调制器件，能够实现对自旋低噪声、高效、快速的量子相干操控。与谱仪配套的高智能化控制与信号采集软件，能够实现自动光路调节、自动磁场调节以及长时间的无人值守自动测样实验，是科研实验的好搭档。

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关于量子钻石原子力显微镜

量子钻石原子力显微镜（QDAFM）是基于 NV 色心和 AFM 扫描成像技术的量子精密测量仪器。通过对钻石中氮—空位（NV）色心发光缺陷 的自旋进行量子操控与读出，可实现磁学性质的定量无损成像，具有纳米级的高空间分辨率以及单个自旋的超高探测灵敏度， 是研究材料磁学性质的新利器，在磁畴成像、二维材料、拓扑磁结构、超导磁学、细胞成像等领域有着广泛应用。

量子钻石原子力显微镜

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