[發明專利]一種高壓磁共振探測裝置

在審

• 申請號: 201910084726.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109632861A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 榮星;穆世偉;謝一進;靖克;石致富;杜江峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱宗力;王寶筠

本申請公開了一種高壓磁共振探測裝置，所述高壓磁共振探測裝置利用金剛石色心結構作為探測模塊的探針結構，并將所述金剛石色心制備到高壓裝置的金剛石結構的頂砧面上，無需占據樣品腔的空間，避免了由于感應線圈或者金剛石色心結構占據樣品腔空間而使得高壓磁共振探測裝置能夠提供的壓強降低的情況出現，一定程度上提升了高壓磁共振探測裝置能夠提供的壓強。

技術領域

本申請涉及磁共振技術領域，更具體地說，涉及一種高壓磁共振探測裝置。

背景技術

物質在高壓(一般數量級在1GPa的壓強稱為高壓)條件下，其原子和分子之間的距離會減小，進而相鄰電子軌道重疊增加，能級結構發生變化，會展現出許多新奇的性質。對高壓下材料性質的研究，發現了許多新現象，已在數千種物質中發現了相變，如分子晶體轉變為金屬、非超導物質在高壓下變成超導體，加深了對磁性、超導等現象的物理機制的認識，指導了新材料的研究。高壓下的探測手段多種多樣，包括X射線衍射，拉曼光譜，紅外光譜以及磁共振技術等等。

磁共振是一種應用十分廣泛的探測手段，它能夠提供關于待測樣品的豐富的結構信息和動力學信息，但是高壓磁共振探測卻遇到很多困難。為了產生盡可能高的壓強，一般高壓裝置用于裝載待測樣品的樣品腔體積都極小，目前實驗室條件下能夠產生壓強最高的高壓裝置是金剛石對頂砧裝置(Diamond Anvil Cell，DAC)，在壓強約為40GPa時，金剛石對頂砧裝置的樣品區體積大約只有350pL(皮升)。對于金剛石頂砧裝置而言，其產生的最大壓強與金剛石頂砧面的直徑有經驗關系式：其中，P_max表示金剛石頂砧裝置能夠產生的最大壓強，單位為GPa(吉帕)；d表示金剛石頂砧面的直徑，單位為mm(毫米)。傳統的高壓核磁共振需要感應線圈來激勵待測樣品并探測待測樣品的磁共振信號，將感應線圈放進高壓樣品腔內，一方面在高壓下線圈容易被金剛石頂砧切斷，另一方面線圈會占據樣品腔空間，以致不得不采用直徑更大的金剛石頂砧來容納線圈和樣品，不利于進一步提高壓強。

發明內容

為解決上述技術問題，本申請提供了一種高壓磁共振探測裝置，以實現提升高壓磁共振探測裝置能夠提供的壓強的目的。

為實現上述技術目的，本申請實施例提供了如下技術方案：

一種高壓磁共振探測裝置，包括：探測模塊、磁體模塊、微波激勵模塊和光學模塊；其中，

所述探測模塊包括用于放置待測樣品的樣品腔，所述探測模塊用于為所述樣品腔提供高壓環境，所述樣品腔的一側或兩側的金剛石結構的頂砧面上具有探針結構，所述探針結構為金剛石色心結構；

所述磁體模塊用于提供預設磁場，以使所述金剛石色心結構在所述預設磁場作用下產生能級劈裂；

所述微波激勵模塊用于向所述探針結構提供微波信號，以使所述金剛石色心結構在吸收所述微波信號后發生共振躍遷而產生攜帶所述待測樣品信息的熒光信號；

所述光學模塊用于向所述探測模塊發送探測激光，和用于接收被所述探測模塊反射的探測激光和所述熒光信號。

可選的，所述探測模塊為金剛石對頂砧裝置或兩級金剛石對頂砧裝置。

可選的，所述金剛石對頂砧裝置包括：墊片、第一金剛石結構和第二金剛石結構；其中，

所述墊片包括貫穿所述墊片的通孔；

所述第一金剛石結構和第二金剛石結構均包括頂砧面，所述第一金剛石結構和第二金剛石結構分別位于所述通孔的兩側，且所述第一金剛石結構和第二金剛石結構的頂砧面相對設置，以使第一金剛石結構和第二金剛石結構的頂砧面與所述墊片形成密封的樣品腔；

所述第一金剛石結構還包括作為所述探針結構的金剛石色心結構，所述金剛石色心結構位于所述第一金剛石結構的頂砧面表面，或位于所述第一金剛石結構距離所述頂砧面表面預設距離的內部。