量子核振检测

仪器信息网讯 2021年4月21-23日，由中国仪器仪表行业协会、中国仪器仪表学会、仪器信息网联合主办，中国仪器仪表学会分析仪器分会、南京市产品质量监督检验院、我要测网、江苏省分析测试协会、无锡量子感知研究所、城铁惠山站区管理委员会协办的2021第十五届中国科学仪器发展年会（ACCSI2021）在无锡成功举办。大会吸引科学仪器及检验检测等行业约1400位高端人士参会。近年来，“第二次量子革命”被提出，不同于“第一次量子革命”对量子现象的理解和直接利用，对微观量子世界进行被动观察和解释，“第二次量子革命”通过掌控量子效应、定制量子系统，扎根于纯粹量子效应的量子技术，以实现对量子状态进行人工制备和主动调控。量子科学很可能是21世纪促进人类文明进步的最重要基础科学。今年3月12日，在发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中首次将量子信息列到了科技前沿领域攻关的第二位，明确指出要求实现量子精密测量技术突破。面对量子科技的发展新契机，4月23日上午，第十五届中国科学仪器发展年会（ACCSI2021）召开了量子精密测量产业化发展论坛，邀请领域内的专家学者等，共同研讨量子精密测量技术及其产业化应用，以期推动量子精密测量产业化进程。（文后附视频回放链接）会议现场中国石油大学（北京）人工智能学院院长肖立志 致辞会议开始后，由中国石油大学（北京）人工智能学院院长肖立志教授致辞。致辞结束后，6位演讲嘉宾分别从不同的角度分享了自己在量子领域的相关工作，并与现场观众进行了热烈的交流讨论。现场观众提问交流报告人：国仪量子联合创始人、CEO 贺羽报告题目：国仪量子：引领量子精密测量技术产业化国仪量子秉承着“为国造仪”的理念，成立以来一直致力于量子精密测量技术赋能各行各业。报告中，贺羽介绍了量子精密测量的基本原理以及在医疗健康(例如冠心病诊断、单个癌变细胞检测、脑磁图研究)、科研检测(例如解析单分子结构、引力波探测、寻找新粒子)、能源开发(例如油气探测、探矿、电力)和工业发展(例如高精度原子钟、脑机交互、芯片电流成像)等领域的应用。国仪量子以量子精密测量技术为核心技术，为科研机构、企事业单位等提供高端装置平台、核心器件、核心技术解决方案等产品和服务。报告人：国仪量子测控事业部总经理 吴亚报告题目：量子测控系列新品在量子精密测量领域的应用量子精密测量的研究离不开测控电子学产品的支持，量子态的控制与读出都依赖高精度、高灵敏度的测控系统。针对于此，吴亚在报告介绍了一系列针对量子精密测量领域的测控解决方案，以NV色心量子精密测量应用方向为基础，介绍了量子测控产品的实际应用方法。报告人：国仪石油技术（无锡）有限公司系统工程师 孙哲报告题目：量子精密测量在地球物理探测中的应用量子精密测量是量子信息科学的重要分支之一，该种测量技术具有远超经典极限的探测精度和灵敏度。在精度方面，顺磁共振技术能够对物质中未成对的电子进行精确探测并进行定性和定量分析，具有纳米尺度的空间分辨率；在灵敏度方面，原子磁力探测技术能够探测到强度低至fT级别的弱磁场信号。报告中，孙哲表示，采用顺磁共振技术对页岩等非常规储层的岩心或岩屑进行探测时，能够精确测量其内部顺磁性离子，进而可得到其表面弛豫率等重要信息，对研究其内部孔隙结构和润湿性等方面具有重要意义。采用原子磁力计作为井下和地面通信的接收机时能够有效提升信息的传输速率、稳定性和距离，大幅度提升油气的勘探开发效率，该技术在旋转导向系统控制、生产井流量阀控制以及随钻测井信息传输等方面具有广阔的应用前景。报告人：中国科学技术大学教授 廖昭亮报告题目：新型电子信息功能材料的原子构筑和性能调控发展新材料、新结构和新原理器件已成为在后摩尔时代主要的研究方向之一，它有望突破经典半导体器件的极限，进一步推动电子信息工业的蓬勃发展。这其中一个重要的思路就是利用外延制备技术原子级构筑新型电子功能材料。通过材料的外延组合调控，人工设计制备异质结、超晶格和二维材料等人工材料，从而探索发现革命性的新材料。廖昭亮在报告中重点介绍了其团队在这一领域的一些工作，包括用于材料外延制备的激光分子束外延系统的研制，以及基于激光分子束外延系统在制备多功能耦合复杂氧化物异质结体系方面取得的一些进展。主要包括磁性材料的界面设计、电子相变的连续调控，并结合同步辐射表征方法、理论计算、高分辨微区晶体表征等先进的手段探讨界面新奇现象的物理机制。报告人：国仪量子高级应用工程师 代映秋报告题目： 基于量子精密测量的科学仪器——从系综到单自旋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。代映秋在报告中以顺磁共振的仪器开发和应用为主线，介绍X波段顺磁共振波谱仪的关键技术，以及基于金刚石NV色心的单自旋磁共振谱仪的实现和应用。视频回放内容嘉宾国仪量子：引领量子精密测量技术产业化国仪量子 联合创始人、CEO贺羽量子测控系列新品在量子精密测量领域的应用国仪量子 测控事业部总经理吴亚量子精密测量在地球物理探测中的应用国仪石油技术（无锡）有限公司 系统工程师孙哲新型电子信息功能材料的原子构筑和性能调控中国科学技术大学 教授廖昭亮基于量子精密测量的科学仪器——从系综到单自旋国仪量子 高级应用工程师代映秋

“2021年度北京波谱年会”将于2021年5月14日－16日在京召开。国仪量子将携电子顺磁共振波谱仪、量子钻石单自旋谱仪等产品设备及相关解决方案亮相本届年会，与此同时，国仪量子磁共振事业部总经理许克标博士将带来主题为《国仪量子顺磁共振波谱仪最新进展》的报告，干货满满，不容错过！为了进一步促进波谱学的健康发展，加强学术交流与合作，了解波谱新技术和交叉学科的最新进展，由北京理化分析测试技术学会波谱专业委员会主办，中国科学院大学协办的“2021年度北京波谱年会”将于2021年5月14日－16日在京召开。本次会议以“不断进步的磁共振波谱”为主题，在液体、固体、低场和成像核磁共振波谱、连续波和脉冲电子顺磁共振波谱以及国产化仪器研发等方面进行经验交流报告。会议交流形式包括大会报告、分会报告和墙报等，旨在提高波谱学开发和应用水平，推动波谱技术交流与推广。电子顺磁共振（EPR）波谱技术是现代高新技术材料的性能测试手段之一，是一项检测具有未成对电子样品的波谱方法。即使是正在进行的化学和物理反应，电子顺磁共振也能获得有意义的物质结构信息和动态信息。目前电子顺磁共振已在物理学、化学、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域得到广泛应用。光探测磁共振技术（ODMR）以 NV 色心自旋磁共振为原理，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。报告精彩看点报告主题：国仪量子顺磁共振波谱仪最新进展报告时间：2021年5月16日 11:35-11:45报告地点：北京世纪金源香山商旅酒店金都厅讲师简介：许克标中国科学技术大学博士国仪量子磁共振事业部总经理内容概要：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。本报告以顺磁共振的仪器开发和应用为主线，介绍国仪量子（合肥）技术有限公司的顺磁共振波谱仪和基于金刚石NV色心的单自旋磁共振谱仪的最新进展。电子顺磁共振波谱仪电子顺磁共振(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波谱仪EPR100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。X波段连续波电子顺磁共振波谱仪EPR200-Plus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。 台式电子顺磁共振波谱仪EPR200M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，是科研实验的最好搭档。

2023年2月14日，国仪量子公司董事长贺羽、副总裁冯泽东到清华大学分析中心磁共振实验室（以下简称磁共振实验室）参观交流，了解了国仪量子脉冲顺磁谱仪的运行情况，并就2023年度双方合作目标与重点达成了共识。清华大学李勇老师、杨海军老师、李文郁老师陪同参观并交流。国仪量子驻清华工程师范莹莹老师做了汇报，北京理工大学张博老师、吴昊老师、韩宇辰博士等也参与了此次活动。1. 过去、现在与未来：交流贺羽、冯泽东首先参观了顺磁实验室，了解了目前国仪量子脉冲顺磁谱仪EPR100运行情况。随后，范莹莹为大家展示了EPR100脉冲顺磁谱仪在清华“过五关斩六将”的升级史。通过实验结果的总结与实事求是的陈述，展示了使用中仪器性能的不断完善及尚存在的一些问题。与会人员对杨海军和范莹莹基于EPR100的工作给予了高度赞扬。报告后，贺羽介绍了国仪量子团队近年来取得成功的心得、最新的开发与应用进展，以及2023年的研发重心。针对高精尖科研设备普遍存在的维修周期长的问题，贺羽提出，受制于疫情，去年维修周期偏长，但今年，国仪量子将推出48小时锁定问题、先提供备用件保证正常运行、再同步进行维修的政策，最大程度配合高校快节奏的科研工作。2023年，国仪量子在电子顺磁共振谱仪工作方面的重点是，增强仪器稳定性、确立质量指标、提高用户满意度。随后，杨海军老师带领与会人员，参观了磁共振实验室的固体核磁、液体核磁仪及国产纽迈低场核磁设备，并与大家探讨了国产顺磁-核磁结合、合作共赢的设想。与会人员对国产高精尖仪器的未来发展进行了浪漫的科研畅想。2. 过去、现在与未来：过往结缘磁共振实验室与国仪量子结缘于2019年某厂家连续波顺磁谱仪的一次故障。设备返回原厂维修需等待很长时间。而国仪量子石致富博士到访后，仅仅4天时间，就完成了维修工作，使谱仪得以回归正常运行（【重要通知】EPR谱仪恢复使用）。2019年，国仪量子EPR100入驻磁共振实验室，成为实验室首台脉冲顺磁谱仪，石致富还带来了精彩的脉冲顺磁技术讲座（【通知】磁共振新仪器技术讲座）。EPR100入驻后，经历了“干”式低温升级大幅提高灵敏度、登“台”面“客”进入仪器共享平台、独当一面展现脉冲优势、多维升级提高解析能力、原位光照补充测试功能等多个阶段，在磁共振实验室和国仪量子的共同努力下，目前仪器灵敏度、分辨率已达到国际竞品的相当水准。尤其是湿法到干法的低温系统升级，国仪量子悉心听取了用户的意见，在一年内攻克了难题，体现了国产高精尖仪器厂商与高校间的团结协作与研发决心，以及强强联手的本土优势。如今，磁共振实验室EPR100已具备完整测试能力，可承担多种测试研究任务（【重要通知】国仪量子EPR-100谱仪升级完成，新功能上线！）。此外，带着问题学习磁共振之《顺磁问答》栏目已更新至20期，用户手册扩充至如今满满三百多页，上机培训教程、应用文档也在逐渐完善。未来将为同学们提供更好的教学培训、为科研团队提供更优质的测试服务。3. 过去、现在与未来：展望未来磁共振实验室作为助力国产仪器的先行者之一，与国仪量子达成了重要合作共识。仪器研发方面，下一步合作重点是电检测顺磁共振波谱系统（EDMR）的研发和国产化，助力光电材料机理研究。在此基础上，推广超低温光电联用顺磁谱仪，发挥国产仪器价值。分析测试方面，2022年多项创新科研成果在磁共振实验室EPR100产生（磁共振实验室创新科研合作新进展：曹化强教授课题组石墨烯带电子自旋催化），未来EPR100也将继续为校内外科研团队提供支持。本次与会的张博团队，提出了基于激微波(MASER)及光学探测磁共振（ODMR）的量子传感研究合作计划（北理工课题组在基于室温固态微波激射技术的量子传感研究中取得重要进展），为EPR100的应用前景提供了新的思路。近年来，国产仪器大放异彩，国家“十四五“规划为高精尖科研仪器的国产化及其推广提供了强有力的支持。中科院化学所、西湖大学、重庆大学等多家科研单位，到清华调研了EPR100以后，响应国家政策，购入了国仪量子顺磁谱仪，其中重庆大学更是成为了西南国产仪器示范中心。支持采购国产仪器设备，助力高端装备国产化，是未来的必然发展趋势。杨海军老师讲道，对国产仪器的未来满怀欣喜，国产仪器的校企合作具有不可替代的优势；唯有团结，我们中国人才能站在历史的舞台上大放异彩，壮大中国的磁共振事业。4. 过去、现在与未来：人物篇国仪量子公司是国产高精尖科研设备市场中冉冉升起的新星。董事长贺羽出生于1992年，2008年考入中国科学技术大学少年班本硕博连读，2010年进入杜江峰院士的中科院微观磁共振重点实验室工作，2016年与团队共同创立国仪量子公司。成立仅数年时间，国仪量子推出了脉冲顺磁波谱仪、量子钻石单自旋谱仪、原子力显微镜等高精尖仪器，是名副其实的量子精密测量“破局者”。（国仪量子贺羽：如果停止创新，“离倒闭还剩200天” 国仪量子贺羽：用量子技术“为国造仪” ）清华大学李勇老师为磁共振实验室顺磁波谱仪的引入与发展奠定了基础，并帮助杨海军老师顺利进入顺磁界。此外，磁共振实验室如今“上机培训、自主上机、24小时开放”的制度也来自于李勇。李勇拥有绝对领先的理念，他早在2003年就提出“核磁仪器24小时开放”的设想并拿出自己的科研经费购买门禁等配件设施，让学生实现刷卡进出，大胆使用仪器。2022年8月，第一届“信立方杯”全国高校分析测试技术培训微课大赛中，清华大学杨海军团队基于电子顺磁测试的作品《如何测试自由基？》在众多优秀参赛作品中脱颖而出，得到了专家们及广大观众的认可，荣获唯一的一等奖。（评选获奖 | 参赛作品《如何测试自由基》荣获一等奖！）。在这节微课中，杨海军以氨基自由基测试实验为例，对比了国产谱仪和进口谱仪的测试性能，测试结果表明国产电子顺磁共振波谱仪与进口谱仪在测试自由基方面没有显著差异，甚至在仪器设施和参数设置方面国产谱仪更优于进口仪器。杨海军认为，仪器的厂家没有高低贵贱，得到好的数据就是好仪器。清华磁共振实验室与国仪量子的故事：【重要通知】EPR谱仪恢复使用顺磁测试噪声增大背后的原因之一---共地干扰实验室记事---国产仪器远程安装_生死刹那间报告 | 电子顺磁共振波谱仪——从学生上机培训到6K超低温系统国产化自主研发评选获奖 | 参赛作品《如何测试自由基》荣获一等奖！持续连载中…中国科学技术大学与国仪量子公司联合创办的【国仪顺磁学院】，将于2月22日-24日展开，中国科学技术大学、清华大学及国仪量子团队强强联合，苏吉虎老师、杨海军老师、石致富博士等多位业内权威专家，将围绕“EPR与环境污染物检测”，分享最前沿的研究成果。敬请期待！中国科大&国仪量子强强联合！国仪顺磁学院即将启动供稿：清华大学 杨海军 李文郁 国仪量子 范莹莹编辑：李文郁 范莹莹审核：李 勇 杨海军