微波诱导光学核极化进展

微波诱导光学核极化（Microwave-Induced Optical Nuclear Polarization,MIONP）技术利用光激发三重态样品来极化电子,再用微波将处于非热平衡态的电子极化转移到待检测原子核,将原子核的检测灵敏度提高几个量级甚至更多．这种灵敏度极化增强方法可以用来进行蛋白质结构和动力学检测、光化学和光物理进程的基础研究、量子计算和低场核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance,Low-field NMR）与磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）应用研究．该文简要分析了MIONP的物理原理及其在核极化增强中的优势,结合实验条件综述了一些重要的成果．最后,对微波诱导光学核极化的前景作了展望．     

高准确度的钙离子光频标

近年来,冷原子技术和激光技术促进了高精度光频标的发展,有望在建立时间基准、推动基础研究和满足国家需求等方面发挥重要的作用.本文介绍了中国科学院武汉物理与数学研究所近年来在高准确度钙离子(~(40)Ca~+)光频标研究方面的进展:采用新的ULE腔系统,实现了729 nm钟跃迁激光器1—100 s的频率稳定度均优于2×10~(-15),通过对外场和环境效应的控制及克服,特别是囚禁离子运动效应的抑制,获得单个钙离子光频标的不确定度优于5.5×10~(-17);通过两台光频标的比对,测得20000 s的稳定度也进入10~(-17)量级;基于高精度钙离子光频标平台,进行了相关精密测量的工作,包括:基于全球定位系统的超高精度远程光频绝对值测量方案,第二次测量了钙离子的光频跃迁绝对值,该测量结果再次被国际时间频率咨询委员会采纳,更新了钙离子的频率推荐值;精确测量了钙离子的钟跃迁魔幻波长,由此提出新型的全光囚禁离子光频标的方法;精密测量了钙离子的亚稳态寿命等参数.以上工作推动了基于冷原子的精密测量工作.     

激光诱导击穿光谱增强机制及技术研究进展

激光诱导击穿光谱技术是一种新的材料识别及定量分析技术。但是光谱的重复性低限制其由定性分析向定量分析的发展。因此提高激光诱导等离子光谱信号信噪比及等离子体的空间稳定性对于提高光谱信号的可重复性、降低基体效应等不利因素影响有着积极的作用。同时光谱信号信噪比的增强可降低对激光器输出能量的要求,有效降低了激光诱导击穿光谱集成系统的成本,有利于此技术向更多领域拓展。本文对实验中采用的双脉冲或多脉冲增强,放电脉冲再激发,空间限域,磁场束缚和微波辅助增强四大类方法加以总结及概括。在此基础上深入探讨光谱增强的物理机制,从而为进一步提高光谱信号稳定性及定量化分析的精确度提供有力的理论支持。     

结晶型PEO8∶NaPF6聚电解质中晶区链段的运动

利用固体NMR 研究了高度结晶的聚氧乙烯(PEO)/六氟磷酸钠(NaPF6)（按照氧钠摩尔比8∶1 描述为PEO8∶NaPF6,分子量Mw = 1 000 和6 000 g/mol）固体聚电解质晶区链段的结构和运动．对于纯PEO 来说,晶区链段的构象交换或大角度再取向促使其¹³C 粉末线形从低温的非轴对称(δ₃₃ <δ₂₂ <δ₁₁)变成高温的轴对称线形(δ₁₁ =δ₂₂ >δ₃₃)．通过变温的¹³C 粉末线形和243 K 下的二维交换谱,PEO8∶NaPF6 晶区链段同样存在大角度再取向,且开启温度也很低(~243 K)与PEO 接近．这种长程的运动使得PEO8∶NaPF6 从低温的类轴对称(δ₃₃ <δ₂₂ <δ₁₁)变成高温的轴对称线形(δ₃₃ >δ₂₂ =δ₁₁),高温线形是PEO 高温线形的翻转．与其它PEO/Na(Li)固体聚电解质不同,PEO8∶NaPF6 中晶区链段与Na+络合后仍具有很高的运动性（与纯PEO 链段的运动性相当）,这种高分子链段和Na+协同运动促使Na+沿PEO 分子链轴向迁移,提高电导率．     

STZ诱导大鼠1型糖尿病进行性脑萎缩的磁共振成像及组织化学研究

1型糖尿病(T1DM)是一种慢性代谢疾病,主要表现为胰岛素分泌量较正常情况下降,会对人体的多个器官和系统造成持续性的损伤．关于糖尿病的横向研究发现糖尿病患者相比于正常人存在着显著的脑萎缩,但关于糖尿病引起的脑萎缩随时间发生进行性改变的研究比较少见．实验采用腹腔注射链脲佐菌素(STZ)来诱导建立大鼠的1型糖尿病模型,运用磁共振成像(MRI)的方法对萎缩的脑区进行定位并在造模后12周和20周两个时间点对脑萎缩的程度进行对比分析,然后运用组织化学染色的方法观察在MRI上出现进行性萎缩的脑区中的神经元所发生的病理改变．MRI的结果表明：STZ诱导的T1DM大鼠相比于正常对照组大鼠出现了显著性的全脑体积、灰质体积和白质体积的萎缩,并且在多个白质脑区和灰质脑区均出现了萎缩程度随着病程的延长而逐渐加重．组织化学染色的结果发现,STZ诱导的T1DM大鼠相对于正常对照组大鼠在体感皮层、运动皮层和海马CA3区,均出现明显的神经元萎缩现象．     

脉冲动态核极化增强的NMR 和MRI 系统研究

该文介绍了一种自行设计和构建的可扩展脉冲动态核极化谱仪,可以实现核磁共振波谱与磁共振成像的功能．该仪器的新颖设计主要有：1) 采用基于PCIe 的分布式总线结构,能够极大地提高数据传输效率和通信可靠性,实现精确控制脉冲序列;2) 采用外部高速的DDR 芯片存储脉冲序列元素和FID 数据,可以极大的提高脉冲序列的执行速度,减少快速成像序列的TR 时间间隔;3) 采用时钟移相技术,可以精确产生分辨率为纳秒级别的数字脉冲．最后对该仪器的动态核极化-磁共振波谱与核磁共振成像功能进行了实验验证．     

天然同位素丰度野生型酵母细胞色素c构象变化的核磁共振检测

细胞色素c是一个重要的多功能蛋白,它在呼吸链及细胞凋亡中均发挥着重要作用.细胞色素c的构象变化与其功能密切相关,表征细胞色素c的构象变化对于明确其相关功能的分子机制至关重要.核磁共振（NMR）是近原位环境下表征蛋白构象的重要工具,但通常需要使用¹³C、¹⁵N等同位素.由于野生型细胞色素c存在翻译后修饰,故其同位素标记十分困难.本文尝试使用¹H-¹³C HSQC技术来表征提纯后的天然同位素丰度的野生型细胞色素c的构象变化.结果显示该方法能在2 h内检测到大多数甲基的信号,且化学位移变化明显的甲基与其构象变化一致.这表明该方法有助于研究天然丰度或翻译后修饰蛋白的构象变化.     

利用1H NMR探究混合离子型/非离子型表面活性剂临界胶束浓度降低的实质

利用¹H NMR技术研究了离子/非离子表面活性剂形成的二元混合体系,结果显示表面活性剂的混合导致各组分的临界胶束浓度（CMC）均比各自纯溶液有所降低,用吸附平衡理论清楚地解释了这个现象.通过定量分析,发现不同的表面活性剂混合使得其组分CMC降低的程度各异,可以理解为它们吸附于界面单分子吸附层上的分子之间相互作用的不同（相吸或相斥）引起的.由此揭示了"协同效应"的实质,可以为选择适当的表面活性剂类型和混合比例以达到预期的性能提供有力的参考.     

中性原子量子计算研究进展

相互作用可控、相干时间较长的中性单原子体系具备在1 mm2的面积上提供成千上万个量子比特的规模化集成的优势,是进行量子模拟、实现量子计算的有力候选者.近几年中性单原子体系在实验上取得了快速的发展,完成了包括50个单原子的确定性装载、二维和三维阵列中单个原子的寻址和操控、量子比特相干时间的延长、基于里德伯态的两比特量子门的实现和原子态的高效读出等,这些工作极大地推动了该体系在量子模拟和量子计算方面的应用.本文综述了该体系在量子计算方面的研究进展,并介绍了我们在其中所做的两个贡献:一是实现了"魔幻强度光阱",克服了光阱中原子退相干的首要因素,将原子相干时间提高了百倍,使得相干时间与比特操作时间的比值高达105;二是利用异核原子共振频率的差异建立了低串扰的异核单原子体系,并利用里德伯阻塞效应首次实现了异核两原子的量子受控非门和量子纠缠,将量子计算的实验研究拓展至异核领域.最后,分析了中性单原子体系在量子模拟和量子计算方面进一步发展面临的挑战与瓶颈.     

理解O(3P)+CHD3→OH+CD3反应的转动模式特异性: 反应物排列图像

本文采用含时波包方法和七维约化量子模型研究了典型碳氢氧化反应O(³P)+CHD₃→OH+CD₃中反应分子CHD₃的转动模式特异性. 发现理论计算反应几率依赖于CHD₃转动量子数J在分子对称轴上的投影$K$和在O-CHD₃分子间轴上的投影K_tot,即P_Ktot=K=0>P_Ktot=K=J>P_Ktot=J,K=0=P_Ktot=0,K=J. 这种关系可以用反应物分子相对取向进行解释. 另外,反应物CHD₃的转动激发(J≤4)表现出比较弱的促进作用,但是K=0转动态激发的促进作用比K=J的强,主要得益于K=K_tot=0分量的贡献. 该分量对应于CHD₃的滚动转动,这种运动形式可以增大初始有效反应碰撞角度的范围.