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摘要

水是自然界中最重要的物质之一, 研究界面或受限体系的水分子动力学具有重要的科学意义. 近些年新兴的基于氮-空位(NV)色心的纳米磁共振技术可以同时观测纳米尺度的核磁信号和温度. 本文利用单个NV色心成功探测到金刚石表面纳米尺度水分子分别在固态和液态条件下的核磁信号, 并通过改变温度成功观测到该纳米尺度水层的固-液相变. 实验结果表明, 基于NV色心的核磁共振技术可以有效地探测纳米尺度物质的结构和动力学行为, 为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供新的探测手段.

关键词:

Abstract

Water is one of the most important substances in the world. It is a crucial issue to study the dynamics of water molecules at interfaces or in the confined systems. In recent years, the emerging magnetic resonance technique based on nitrogen-vacancy (NV) center has allowed us to observe the nanoscale nuclear magnetic signal and temperature simultaneously. Here we succeed in measuring the nuclear magnetic resonance (NMR) signals of nanoscale solid and liquid water on diamond surface by NV center, and observing the solid-liquid phase transition of these nano-water by temperature control. This work demonstrates that the nano-NMR technique based on NV centers can probe the dynamics behavior of nanoscale materials effectively, providing a new way for studying the nanoscale confined systems.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:孔熙,kongxi@nju.edu.cn; 石发展,fzshi@ustc.edu.cn;

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 81788101, 11722544, 91636217)、国家重点研发计划(批准号: 2018YFA0306600, 2016YFA0502400)、中国科学院(批准号: GJJSTD20170001, QYZDY-SSW-SLH004)和量子通信与量子计算机重大项目安徽省引导性项目(批准号: AHY050000)资助的课题

Authors and contacts

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Corresponding author:Kong Xi,kongxi@nju.edu.cn; Shi Fa-Zhan,fzshi@ustc.edu.cn;

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 81788101, 11722544, 91636217), the National Key R&D Program of China (Grant Nos. 2018YFA0306600, 2016YFA0502400), the Chinese Academy of Sciences (Grant Nos. GJJSTD20170001, QYZDY-SSW-SLH004), and the Anhui Initiative in Quantum Information Technologies, China (Grant No. AHY050000)

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