磁尺

磁学是物理学古老的研究领域之一，也是具生命力的发展领域，利用电子自旋的研究来推进数据的存储、传输和计算等多方面的应用进展一直是科研工作者执着追求且不断探索的方向。 在众多研究过程中，电子自旋结构的成像与可控操作成为磁学领域研究的巨大挑战。与之相关的电子自旋现象包括斯格明子、刺猬状自旋结构、磁通漩涡等，其中，磁通漩涡电子自旋结构是研究多位磁学存储介质的一个重要现象。以往关于磁通漩涡中心性反转的研究工作都是针对微米尺度开展的，纳米尺度的磁通漩涡中心性反转工作目前仍需进一步探索和研究。 Elena P. 等人利用德国attocube公司的低温强磁场磁力显微镜—attoMFM在实验中清晰的观测到了25nm尺寸单个分子中磁通漩涡中心性反转现象。为了实现纳米尺寸单分子中磁性研究，Elena等人选取的纳米尺寸磁性分子为K0.22Ni[Cr-(CN)6]0.74体系。该体系分子尺寸可控制调整，且具有易于制备的特点。研究单分子纳米尺度的磁性，具备低噪音、高灵敏度、以及较高的空间分辨率等特征的磁性表征技术就显得为重要。德国attocube公司的低温磁力显微镜attoMFM可提供可变磁场的环境，是实现纳米磁性分子在低温下磁通漩涡性质表征与操控的有力设备。如下图实验数据，只需通过施加很小的外加磁场（600 Ｏｅ左右），单分子中的磁通漩涡就可实现中心性反转。在４.２ Ｋ的低温环境中，通过施加连续变化的外加磁场与attoMFM成像的实验数据分析，可观察到纳米单分子磁通漩涡磁性随着外加磁场发生清晰的中心性反转。attoMFM实验观测到纳米分子中磁通漩涡中心性反转 下图为具有纳米别高分辨率的磁力成像结果。图中清晰显示了分子的磁力分布情况。原本分子磁通漩涡中心性导致在垂直方向磁力分布可被外加微小磁场改变（下图中的白色部分表明，经过磁场施加针样品由排斥力转变为吸引力）。另外，作者也详细分析研究了不同尺寸单个分子中的磁通漩涡中心性反转机制。attoMFM直接观察到NP4单分子磁通漩涡中心性反转 作者预见，该次实验结果中纳米尺寸单分子的磁通漩涡中心性转换的特性可能为未来数据存储开创新篇章，数据的读写可以通过很小的磁场来操纵。 相关产品：低温强磁场原子力/磁力/扫描霍尔显微镜 - attoAFM/attoMFM/attoSHPM系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C159542.htmAttocube低温强磁场扫描近场光学显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/C81740.htm

广州国际分析测试及实验室设备展览会暨技术研讨会(CHINA LAB 2018)，3月28日在花城广州保利世贸博览馆隆重召开。CHINA LAB历经三十多年发展，已经成为国内颇具知名度和影响力的实验室范畴展会。本届展会以实验室仪器设备、试剂以及消耗品为核心，涉及实验室规划、设计、建造、运营、软件、管理、投资等内容，吸引逾千人次观众参观，上海仪电科仪作为国内科学仪器的领头企业之一，已连续多年参加CHINA LAB。雷磁作为上海仪电科仪的重要成员之一，不断技术创新，引领行业发展，以“品种多、款式新、质量好、价格优”在业界受到一致好评。本次在展会中雷磁再一次展出了众多新品，如L系列电化学分析仪系列，由于其独特的模块化设计和大尺寸操作界面，受到众多行业的新老客户青睐。除此之外，ZDJ-5B自动滴定仪系列、数字滴定器、浊度计系列、便携式水质分析仪系列、电化学传感系列等也同样受到热烈关注，参观客户纷纷惊叹于雷磁丰富的产品线和强大的研发能力。展会现场，咨询和商洽的老客户络绎不绝，交流行业的发展及客户的需求等问题，对雷磁近些年的发展均给予了充分的肯定。同时亦有很多新客户表达了希望合作和购买的意向，展台几度热闹非凡。

【科学背景】动态核极化（DNP）是核磁共振（NMR）领域的重要进展，因其显著提升了核自旋极化和检测灵敏度，成为研究热点。然而，将高效DNP应用于纳米尺度仍面临诸多挑战。传统的NMR方法在纳米尺度下的信号检测受到低信噪比的限制，因为在小体积的纳米尺度样品中，自旋极化的统计波动远大于热极化。特别是，当涉及到单一生物分子、病毒颗粒及凝聚态系统等纳米尺度样品时，这种问题尤为突出。为了解决这些挑战，科学家们探索了将DNP与纳米尺度力检测磁共振结合的方法。有鉴于此，滑铁卢大学Sahand Tabatabaei、Raffi Budakian教授成功将脉冲DNP应用于纳米尺度力检测磁共振实验，实现了在6开尔文和0.33特斯拉条件下，质子自旋玻尔兹曼极化的100倍增强。这种增强不仅提升了纳米尺度样品的检测灵敏度，还使信号采集时间缩短了200倍，相较于依赖统计波动的传统方法，这一结果大大扩展了纳米尺度磁共振成像的实用性。这一突破性进展标志着力检测磁共振在纳米尺度成像中的实际应用迈出了重要一步。【科学亮点】1. 实验首次将动态核极化（DNP）应用于纳米尺度的力检测磁共振测量，成功实现了在纳米尺度糖滴中质子自旋的玻尔兹曼极化的100倍增强。 2. 实验通过将脉冲DNP与纳米尺度的力检测磁共振相结合，在6开尔文和0.33特斯拉的条件下进行测量，获得了显著的结果：&bull 极化增强：通过DNP技术，质子自旋的玻尔兹曼极化比传统方法提高了100倍。&bull 时间缩短：这种极化增强相当于将信号平均时间缩短了200倍，与依赖于检测统计波动的测量相比显著提高了检测效率。&bull 应用前景：这些结果大幅提升了力检测磁共振在纳米尺度成像中的实用能力，展示了DNP技术在研究纳米尺度核自旋集合体的潜力，如单个生物分子和病毒颗粒。【科学图文】 图 1. 纳米尺度自旋集合中热极化、统计极化和DNP增强分数极化的比较。图 2. 实验设置和极化剂。图 3. RANOVEL协议。图 4. 纳米尺度DNP。图 5. DNP增强极化与统计极化的SNR比较。【科学结论】本文的研究成果对动态核极化（DNP）和纳米尺度磁共振成像领域具有深远的科学启迪。通过将高效的脉冲DNP与纳米尺度力检测磁共振相结合，我们展示了在极低温度和磁场条件下，质子自旋的玻尔兹曼极化可以提高100倍。这一显著的极化增强不仅扩展了DNP的应用范围，还大幅度缩短了相较于传统统计波动测量所需的平均时间，提高了成像效率。这种提升相当于信号采集时间减少了200倍，标志着力检测磁共振在纳米尺度成像中的实际应用潜力得到了显著提升。这些结果证明了将DNP技术应用于纳米尺度自旋系统的可行性，并为未来在单分子、病毒颗粒及其他纳米尺度物质的研究中提供了新的技术手段。随着该技术的进一步发展，我们可以预见在生物医学研究、材料科学以及凝聚态物理等领域，将能够实现更高分辨率和更快速的核磁共振成像，为揭示纳米尺度下的复杂现象和机制提供强有力的工具。参考文献：Sahand Tabatabaei et al. ,Largeenhancement nanoscale dynamic nuclear polarization near a silicon nanowire surface.Sci. Adv.10,eado9059(2024).DOI:10.1126/sciadv.ado9059