Elektro-mechano-optisk NMR-detektion

Et internationalt forskningsprojekt ledet af Kazuyuki Takeda fra Kyoto University og Koji Usami fra University of Tokyo har udviklet en ny metode til lysdetektering af nuklear magnetisk resonans (NMR) ved at op-konvertere NMR-radiofrekvenssignaler til optiske signaler.

Denne nye detektionsmetode, optræder i journalen Optica , har potentiale til at levere mere følsom analyse sammenlignet med konventionel NMR. Dens mulige udnyttelse i kemisk analyse med større nøjagtighed, såvel som i magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) teknologi er også af interesse.

NMR er en gren af ​​spektroskopi, hvor forskere måler spinet af et atomkerne for at bestemme dets identitet. Atomkerner udsat for et magnetfelt fremkalder radiofrekvenssignaler i et detektorkredsløb. Da forskellige atomer forårsager signaler ved forskellige frekvenser, forskere kan bruge disse oplysninger til at bestemme forbindelserne i en prøve. Den mest kendte anvendelse af dette er i MR-baseret forestilling, såsom CT -scanninger.

"NMR er et meget kraftfuldt værktøj, men dens målinger er afhængige af forstærkning af elektriske signaler ved radiofrekvenser. Det trækker ekstra støj ind og begrænser følsomheden af ​​vores målinger, "forklarer Takeda." Så vi udviklede et eksperimentelt NMR -system fra bunden, som konverterer radiofrekvenssignaler til optiske. "

Princippet bag denne 'op-konvertering' er en ny hybrid kvantekonverteringsteknologi. Teamet arbejdede på at integrere dette system i NMR, til sidst at bygge en enhed, der forbinder elektronik med mekanik, og derefter til optik. Materialet, der forbinder alle tre systemer, er en elastisk membran af siliciumnitrid.

"Vi konstruerede en kondensator ved at vakuumafsætte et metallag på siliciumnitridmembranen, "forklarer medforfatter Usami. Ved hjælp af dette med en induktor, de byggede en resonator til at detektere NMR -signaler, og derefter konstrueret et optisk hulrum ved hjælp af metallaget som et spejl. "Det indkommende elektriske NMR -signal ryster membranen, forårsager bevægelse, der registreres af et optisk interferometer. "

Teamet mener, at succesen med denne optiske detektion kan skubbe spektroskopimetoden endnu mere, med håb om, at denne øgede nøjagtighed i detektion og karakterisering af materialer kan udnyttes i flere videnskabelige discipliner.

Takeda slutter, "Der er blevet rapporteret forskellige metoder til optisk NMR -detektion, og mens nogle er meget følsomme, de har hidtil manglet udbredt anvendelighed. Vores nye ordning har vist sig at være både alsidig og anvendelig til en lang række materialer. "