磁场量子传感器（超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等）利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点，已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域，用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地，在延伸至零场-超低场（磁感应强度B<1 μT）的核磁共振研究中，激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性，拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力，进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场（B>1 T）、低场（μT<B<1 T）和零场-超低场（B<1 μT）整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术，包括核磁样品的极化增强（强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等）以及传输、编码和探测等，综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展，并展望了该技术的发展趋势和应用前景。

琥珀是一种价值较高的有机宝石， 近年市场上普遍出现疑似经人工辐照而成的血蜜蜡。 选取4块天然琥珀和1块柯巴树脂， 通过电子束结合60Co辐射源， 对其进行辐照改色。 结果显示， 经辐照处理后的天然琥珀和柯巴树脂呈现血蜜蜡的外观特征， 出现亮丽的橙红或红色。 采用超景深显微镜进行放大观察、 紫外可见光光谱、 红外光谱和电子顺磁共振对改色前后的样品进行系统研究。 得出以下结论， 辐照后的琥珀和柯巴树脂内部均产生树枝状闪电纹， 这是绝缘体材料在电子束轰击下产生的一种闪电纹状放电通道。 由于琥珀及柯巴树脂内部常存在凹陷、 裂隙等位置, 极易成为击穿放电的触发点， 因此， 当固体介质被击穿后, 会在击穿路径留下放电痕迹。 琥珀和柯巴树脂经过辐照后产生的树枝状放电结构无明显差异， 均呈单独支脉状分布。 红外光谱、 紫外可见光谱对琥珀及柯巴树脂是否经过辐照处理不具有鉴定意义， 改色前后样品的特征吸收峰无明显差异， 表明其分子骨架未遭到严重破坏。 电子顺磁共振结果显示， 经辐照处理后的琥珀及柯巴树脂会导致其结构中某些烃基共价键均裂而形成带未成对电子的基团或原子团， 即自由基。 辐照时间越长， 共振峰面积越大， 表明产生的自由基的自旋浓度越高， 颜色加深越明显。 而辐照处理前的所有样品的共振峰面积几乎为0， 表明天然琥珀及柯巴树脂内部的自由基的自旋浓度接近0。 由此可以推断自由基的产生是导致其颜色变化的根本原因。 电子顺磁共振测试通过刮取少量的粉末， 直观地判定辐照产生的自由基自旋浓度与颜色的关系， 为揭示血蜜蜡的致色机理提供依据。 结合树枝状闪电纹的产生， 可作为辐照处理血蜜蜡的鉴别特征。

金刚石以高导热率、强抗辐射性、高的电子迁移率等优异性能, 成为辐射探测器最合适的材料之一。探测器级的金刚石要求具有极低的杂质含量及位错密度等, 然而实际过程中同时实现杂质和位错的控制十分困难。本研究采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法, 通过前期的参数优化, 在最佳生长温度780 ℃、最佳甲烷浓度5%条件下, 在两个高质量高温高压(HPHT)金刚石衬底样品上进行了MPCVD金刚石生长, 并对衬底和生长层的氮杂质含量与缺陷结构进行了综合表征与分析。电子顺磁共振谱结果表明, 相比两个HPHT衬底样品的氮杂质原子百分数分别为7.1×10-6%和4.04×10-6%, MPCVD生长层的氮杂质原子百分数明显减少, 分别为2.1×10-7%和5×10-8%。由X射线摇摆曲线和白光形貌术测试结果发现, 尽管MPCVD生长过程中引入了部分位错, 使生长层应力增加, 畸变区域较多, 但总体位错与高质量衬底为同一数量级。本研究制备的高纯单晶金刚石有望应用于核辐射探测及半导体领域。

基于金刚石氮-空位(NV)色心的温度传感技术, 通过测量其基态子级之间的零场劈裂值(D)来实现对温度的感测。 由于金刚石稳定性高, 抗干扰能力强, 可制成不同尺寸, NV色心测温方法被视为解决微纳米尺度温度高精度测量难题的一种重要技术途径, 具有良好的应用前景。 实验测量中, 首先使用激光对色心进行电子自旋极化, 然后使用微波对电子自旋进行调控, 进而探测电子跃迁发出的荧光得到光学探测磁共振(ODMR)光谱, 对谱线进行拟合分析获得D值。 激光功率波动是重要的实验噪声来源之一, 为了获得较高的极化率, 需要足够的激光功率, 然而较大激光功率下, 光功率波动会影响电子自旋极化率, 从而降低电子跃迁所发出荧光强度的稳定性, 增加光谱的噪声, 最终增大数据测量的误差。 在常规测量中, 不使用任何归一化参考的直接拟合法会将激光功率的波动直接反映在ODMR光谱上。 为降低激光功率波动产生的误差, 提出了一种特定编码的脉冲序列测量方法, 可以在实验过程中获得不受微波调控的光子数参考值, 对所探测的受到微波调控的光子数相对于参考值做归一化, 从而输出归一化光谱。 在实验室搭建的ODMR测量系统上开展了控温300 K的对比实验, 考虑对脉冲编码序列两个时间参数的优化, 确定了0.8 s的计数时间和0.001 s的准备时间。 在不同的激光功率下, 分别采用直接拟合法、 数学归一化法和脉冲编码归一化法测得三组D值。 数据分析结果表明, 相较于直接拟合法和数学归一化法, 脉冲编码归一化法将激光功率波动引入的噪声有效地抑制到了直接拟合法的62.5%, 得到D值的误差从直接拟合法的179 kHz和数学归一化法的165 kHz减小到了56.9 kHz。 该方法可为金刚石NV色心测温技术提供一种抑制激发激光功率影响的有效途径, 提高D值测量分辨力, 为金刚石NV色心测温技术的实用化发展奠定基础。

空心硅酸锰纳米材料是一种新型无机材料, 其形貌主要包括空心纳米球、纳米颗粒、核壳结构等。其中空心硅酸锰纳米材料具有高比表面积、大孔容、可调的孔尺寸等特性, 同时具有良好的生物相容性和可降解性, 已被应用于生物、医药等领域。综述了空心硅酸锰及其复合纳米材料的合成方法, 主要包括水热法和沉淀法, 并对所合成的材料形貌和尺寸进行了总结, 介绍了其在癌症诊断、癌症治疗以及癌症的联合诊疗等方面的应用, 对今后硅酸锰纳米材料的研究重点和发展方向进行了展望。

三维脑胶质瘤磁共振成像肿瘤形状各异、边缘模糊, 目前大多数基于2D卷积神经网络的分割方法不能很好的分割三维图像。为了能够准确分割出三维图像中的肿瘤部分, 提出一种融合多尺度特征信息的3D卷积神经网络脑肿瘤图像分割方法。利用并行的3D空洞卷积提取特征信息, 将不同感受野的信息融合。将Dice损失和BCE损失结合, 形成一种新的损失函数并配合恒等映射, 进一步提高分割精度。在BraTs2020数据集上对模型进行验证, 结果表明, 该模型分割的全肿瘤区、核心区和增强区的Dice系数分别为89.1%、83.9%和82.6%。在LGG脑部肿瘤图像数据集上对模型进行验证, 结果表明, Dice系数达到了93.3%。所提出的分割方法不仅能够精确的分割三维脑胶质瘤图像, 而且同样适用于分割二维脑胶质瘤图像。