يتطلب فرط استقطاب الأغلفة النووية عادةً تسليط موجات دقيقة، مما يعقّد التجربة ويحد من قابلية التطبيق. في الألماس، يمكن استقطاب مراكز NV بالضوء في درجة حرارة الغرفة، لكن في المسحوق يؤدي التوجه العشوائي للمراكز إلى تشويش شروط الرنين. تقع هذه الدراسة إلى جانب أبحاث حول فرط الاستقطاب البصري في البلورات الأحادية وبروتوكولات تعتمد على نبضات الموجات الدقيقة للألماس المجهري والنانوي. تستخدم الأعمال المجاورة مراكز NV في الألماس لقياس المغناطيسية والمعلومات الكمومية والمجهر الضوئي، لكن لم يُظهر أي بروتوكول بصري خالص للمسحوق حتى الآن.
عيّنتان من جسيمات الألماس: الأولى دون ميكرونية تحتوي 20% كربون-13، والثانية تجارية بحجم 1.5–2.5 ميكرومتر بوفرة طبيعية 1.1%. أُنشئت مراكز NV في كلتيهما عبر التشعيع الإلكتروني والتلدين. وُضعت الجسيمات في دوّار مطياف الرنين المغناطيسي النووي، ودُوّرت بالزاوية السحرية 54.74° بتردد يصل إلى 6 كيلوهرتز، وأُضيئت بليزر طوله الموجي 532 نانومتر عبر ألياف بصرية. تضمن التسلسل إخماد الاستقطاب المتبقي، وفترة ضخ ضوئي، ونبضة كشف بزاوية 90°. حُددت تراكيز العيوب بطريقة الرنين المغزلي الإلكتروني (EPR). لوصف الآلية، بُني نموذج ثلاثي المغازل الأدنى NV–P1–13C وحُلّت معادلة ليندبلاد للحالة الساكنة ومعادلات لانداو-زينر للدوران.
بلغ أقصى تضخيم لإشارة الكربون-13 280 ضعفًا للعينة ذات الإثراء 20% عند تردد دوران 2 كيلوهرتز، و411 ضعفًا للعينة الطبيعية عند 1 كيلوهرتز. في الوضع الثابت، وصل الاستقطاب المطلق إلى 0.12% و0.23% على التوالي، وهو أعلى بنحو مرتبة من النتائج السابقة للألماس المجهري والنانوي. أظهر الاعتماد على تردد الدوران نموًا حادًا حتى بلوغ الذروة ثم انخفاضًا مع زيادة السرعة. كشفت تجارب تغيير التأخير بعد نبضة ضوئية قصيرة عن انتقال الاستقطاب من الأنوية القريبة من مركز NV إلى البعيدة عبر الانتشار المغزلي. أعاد النموذج إنتاج السلوك النوعي للاعتماد على تردد الدوران وتنبأ بإشارة موجبة لمتوسط الاستقطاب.
يتميز هذا العمل عن الأعمال المجاورة بأنه ينفذ لأول مرة فرط استقطاب بصريًا خالصًا في مسحوق الألماس دون موجات دقيقة، مستخدمًا الدوران لتجاوز تباين الخواص لمراكز NV. على عكس المخططات الساكنة حيث تشارك فقط المراكز ذات التوجه المناسب، هنا يمر أكثر من 99.9% من مراكز NV هندسيًا عبر مناطق تقاطع المستويات. يزيل هذا قيدًا أساسيًا لمجموعات الجسيمات النانوية الموجهة عشوائيًا ويجعل البروتوكول متوافقًا مع تقنية الرنين المغناطيسي النووي القياسية بالدوران بالزاوية السحرية.
الهدف القريب هو نقل الاستقطاب من الكربون-13 داخل الألماس إلى الأنوية الخارجية، مثل البروتونات على السطح. يشير تقدير طول الانتشار المغزلي بحوالي 6 نانومتر إلى أن الحجم الأمثل للجسيمات أقل من 30 نانومتر. من الممكن أيضًا النقل المباشر إلى بروتونات السطح عبر عيوب شبه سطحية مغناطيسية ذات اقتران فائق الدقة قوي. يمكن توسيع الطريقة لتشمل أنظمة أخرى ذات ثلاثيات قابلة للاستقطاب بصريًا، مثل البنتاسين في البلورات الجزيئية.
يمكن للطريقة أن ترفع حساسية مطيافية الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة وقياس المغناطيسية باستخدام الأنوية المستقطبة في درجة حرارة الغرفة. كما تفتح الطريق لتحليل المواد الممتزة على سطح جسيمات الألماس النانوية.
تحسين حجم الجسيمات وتركيز العيوب لإخراج الاستقطاب إلى السطح بكفاءة. اختبار النقل إلى الأنوية الخارجية باستخدام الاستقطاب المتقاطع ودراسة الاستقطاب المباشر للبروتونات على السطح.
في مجال الرنين المغناطيسي، تبقى مشكلة فرط استقطاب الجزيئات العشوائية في درجة حرارة الغرفة دون معدات موجات دقيقة غير محلولة. يُظهر هذا العمل أن الضخ الضوئي للعيوب مع الدوران الميكانيكي قد يصبح أداة عامة، لكنه يتطلب حل مشكلة نقل الاستقطاب عبر السطح البيني.
الزاوية 54.74° بين محور الدوران والمجال المغناطيسي تسمى بالسحرية لأنها تلغي تفاعلات ثنائي القطب بين الأنوية. هذه الزاوية بالذات جعلت أكثر من 99.9% من مراكز NV تمر عبر نقاط تقاطع المستويات المطلوبة مرتين في كل دورة للدوّار.