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摘 要：在通过三重态DNP方法提高核自旋的极化率中，研究小组新使用分子结构刚性的二苯并[a,h]蒽，该分子的苯环稠合且具有刚性，可抑制分子如同钟摆一样的振动，增长自旋-晶格弛豫时间（T2），成功在室温（293开尔文，约20℃）的相对较弱磁场（0.64特斯拉）条件下，实现了固体中氢（1H）核自旋极化率的世界最高值61%。
关键词：核自旋极化率、室温、分子结构刚性、自旋-晶格弛豫时间、三重态DNP
研究小组在室温（293开尔文，约20℃）的相对较弱磁场（0.64特斯拉）条件下，实现了固体中氢（1H）核自旋极化率的世界最高值61%。这一研究成果有望应用于下一代量子技术，例如量子物理性质研究和抗辐射极化靶材。
为了将核自旋应用于量子技术，需要通过高核自旋极化率来展现量子特性。然而，室温下的固体材料极易受热影响，导致核自旋极化率较低，无法将其用于量子技术。
此次，研究小组发现，在利用光激发三重态电子的动态核极化（三重态DNP）方法中，新引入的有机晶体材料二苯并[a,h]蒽是一种适用于三重态DNP方法的分子。
利用三重态DNP方法提高氢（1H）核自旋极化率
核自旋具有较长的相干时间和较高的可控性，在从理解磁性到量子信息处理的固体物理学的各个领域中都发挥着重要作用。然而，在室温下，核自旋极化极易受热影响，导致核自旋极化率较低，这意味着核自旋的方向很难对齐，因此即使大量的核自旋聚集在一起，它们也不会表现出量子特性，这一直是一个问题。为了将氢原子核（1H）的核自旋用于量子技术，不仅需要超过40%的高核自旋极化率，还必须具备高密度及强自旋间相互作用。此前，利用光泵和仲氢诱导极化等方法，已在气体和溶液中实现了超过50%的核自旋极化率。然而，在室温下的固体材料中，从未有过达到如此高核自旋极化率的例子，无法将其用于量子技术。
提高核自旋极化率的有效方法之一是“动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization，DNP）”，此方法也被用于粒子物理学和原子核物理学中极化靶材的制备。DNP是一种通过照射微波使电子自旋方向对齐，并将电子自旋的高极化率转移到核自旋上的方法，被认为是提高固体中氢原子核（¹H）极化率最有前景的技术。然而，传统的DNP方法需要极低的温度（低于1开尔文）和强磁场。
三重态DNP方法通过激光照射使电子自旋方向高度偏向，从而产生三重态激发态，如果将这种物质少量添加到样品中并进行DNP方法，即可在不受温度影响的情况下提高核自旋的极化率。这种三重态DNP方法的最大优势在于可以在室温下操作，但由于室温下核自旋的弛豫速率较快，自旋-晶格弛豫时间（T1）较短，因此这一直是提高核自旋极化率的主要障碍。因此，联合研究小组尝试寻找T1较长的样品，以期提高核自旋的极化率。