[发明专利]一种高压磁共振探测装置

说明书

本申请公开了一种高压磁共振探测装置，所述高压磁共振探测装置利用金刚石色心结构作为探测模块的探针结构，并将所述金刚石色心制备到高压装置的金刚石结构的顶砧面上，无需占据样品腔的空间，避免了由于感应线圈或者金刚石色心结构占据样品腔空间而使得高压磁共振探测装置能够提供的压强降低的情况出现，一定程度上提升了高压磁共振探测装置能够提供的压强。

技术领域

本申请涉及磁共振技术领域，更具体地说，涉及一种高压磁共振探测装置。

背景技术

物质在高压(一般数量级在1GPa的压强称为高压)条件下，其原子和分子之间的距离会减小，进而相邻电子轨道重叠增加，能级结构发生变化，会展现出许多新奇的性质。对高压下材料性质的研究，发现了许多新现象，已在数千种物质中发现了相变，如分子晶体转变为金属、非超导物质在高压下变成超导体，加深了对磁性、超导等现象的物理机制的认识，指导了新材料的研究。高压下的探测手段多种多样，包括X射线衍射，拉曼光谱，红外光谱以及磁共振技术等等。

磁共振是一种应用十分广泛的探测手段，它能够提供关于待测样品的丰富的结构信息和动力学信息，但是高压磁共振探测却遇到很多困难。为了产生尽可能高的压强，一般高压装置用于装载待测样品的样品腔体积都极小，目前实验室条件下能够产生压强最高的高压装置是金刚石对顶砧装置(Diamond Anvil Cell，DAC)，在压强约为40GPa时，金刚石对顶砧装置的样品区体积大约只有350pL(皮升)。对于金刚石顶砧装置而言，其产生的最大压强与金刚石顶砧面的直径有经验关系式：其中，P_max表示金刚石顶砧装置能够产生的最大压强，单位为GPa(吉帕)；d表示金刚石顶砧面的直径，单位为mm(毫米)。传统的高压核磁共振需要感应线圈来激励待测样品并探测待测样品的磁共振信号，将感应线圈放进高压样品腔内，一方面在高压下线圈容易被金刚石顶砧切断，另一方面线圈会占据样品腔空间，以致不得不采用直径更大的金刚石顶砧来容纳线圈和样品，不利于进一步提高压强。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种高压磁共振探测装置，以实现提升高压磁共振探测装置能够提供的压强的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种高压磁共振探测装置，包括：探测模块、磁体模块、微波激励模块和光学模块；其中，

所述探测模块包括用于放置待测样品的样品腔，所述探测模块用于为所述样品腔提供高压环境，所述样品腔的一侧或两侧的金刚石结构的顶砧面上具有探针结构，所述探针结构为金刚石色心结构；

所述磁体模块用于提供预设磁场，以使所述金刚石色心结构在所述预设磁场作用下产生能级劈裂；

所述微波激励模块用于向所述探针结构提供微波信号，以使所述金刚石色心结构在吸收所述微波信号后发生共振跃迁而产生携带所述待测样品信息的荧光信号；

所述光学模块用于向所述探测模块发送探测激光，和用于接收被所述探测模块反射的探测激光和所述荧光信号。

可选的，所述探测模块为金刚石对顶砧装置或两级金刚石对顶砧装置。

可选的，所述金刚石对顶砧装置包括：垫片、第一金刚石结构和第二金刚石结构；其中，

所述垫片包括贯穿所述垫片的通孔；

所述第一金刚石结构和第二金刚石结构均包括顶砧面，所述第一金刚石结构和第二金刚石结构分别位于所述通孔的两侧，且所述第一金刚石结构和第二金刚石结构的顶砧面相对设置，以使第一金刚石结构和第二金刚石结构的顶砧面与所述垫片形成密封的样品腔；

所述第一金刚石结构还包括作为所述探针结构的金刚石色心结构，所述金刚石色心结构位于所述第一金刚石结构的顶砧面表面，或位于所述第一金刚石结构距离所述顶砧面表面预设距离的内部。