從中國科學技術大學獲悉，該校杜江峰院士領導的中國科學院微觀磁共振重點實驗室提出並實驗實現了一種基於金剛石氮-空位（NV）色心量子傳感器的高分辨順磁共振探測方法，獲得了千赫茲（kHz）譜線解析度的單自旋順磁共振譜，這種新型方法能夠應用於單個生物分子的探測。研究成果日前發表在《科學進展》上。
電子順磁共振譜學技術是當代重要的物質科學研究手段，常用來獲取分子的動力學、結構等信息。然而受制於不可控的外界噪聲的幹擾，其譜線解析度卻停留在兆赫茲（MHz）量級，這阻礙了進一步在單分子層面解析結構、局域環境等信息。要想突破當前的譜線解析度限制，需尋求克服環境噪聲的新方法。
除了主動抑制噪聲，另一種更為直接有效的方式是讓被測自旋天然地對噪聲免疫。在特定磁場等條件下存在著一類特殊自旋態，這些自旋態能夠抵抗外界磁場噪聲的擾動，電子在這些自旋態之間躍遷產生的譜線就會窄化。這種物理現象廣泛存在於離子阱、核磁共振以及磷矽等體系中。
為了觀測到譜線窄化，實現高解析度譜學探測，還需要消除NV傳感器自身帶來的譜線展寬。科研人員受到核磁共振中關聯探測的啟發，設計了一種適用於零場的順磁共振關聯序列，極大地壓制了NV傳感器的本徵展寬。用此新方法，研究人員在實驗中成功實現金剛石中單個氮原子電子自旋的窄化躍遷探測，相較傳統方法譜線解析度提升了27倍，達到8.6kHz，這是目前基於金剛石量子傳感器微觀順磁共振譜學的最高指標。
這種新型方法能夠應用於單個生物分子的探測，得益於譜線解析度的提升，可以更加精細地分析單分子的結構信息、動力學變化以及局部環境特徵等。