《物理学报》创刊90周年：磁共振技术专题
《物理学报》创刊90周年：磁共振技术专题
磁共振技术自20世纪初量子力学诞生以来，经历了从经典到量子、从宏观到微观的革命性发展。在以量子信息技术为代表的第二次量子革命浪潮中，磁共振技术正在突破经典物理极限，展现出前所未有的发展潜力。
磁共振技术
自20世纪初量子力学诞生以来，量子力学的第一次革命直接催生了磁共振技术。磁共振技术能够在物质无损的状态下迅速准确地，并在原子、分子水平上提供物资内部结构和动态信息，是当代最重要的科学技术手段之一，在物理、化学、生物、医学、材料等诸多领域的研究和应用中正在发挥不可替代的重要作用。传统磁共振在20世纪取得了巨大成就，迄今为止获得多达六次与该技术直接相关的诺贝尔奖。而今，在以量子信息技术为代表的第二次量子革命的浪潮中，磁共振技术也正在突破经典物理极限，开启了一个从经典到量子、从宏观到微观的新范式。
受《物理学报》编辑部委托，我们邀请了国内若干活跃在该领域前沿的专家撰稿，合成以短篇综述为主的专题，较为全面和深入地介绍磁共振技术的最新进展及其跨学科应用。从研究内容上，可大致分为两类：一是磁共振成像技术在生物医学从微观机制到精准诊疗方面的最新应用。“超高场磁共振成像的现状和展望”深入剖析了超高场磁共振成像的技术前沿与未来发展方向，为提升成像分辨率和临床诊断能力提供了重要启示；“水分子跨细胞膜交换的磁共振测量技术研究进展”聚焦于细胞膜微循环的磁共振成像技术和生物物理建模，为磁共振测量从宏观水平到微观水平提供了一个典型案例；“高分辨率磁共振二维扩散成像技术”介绍了各类高分辨率磁共振扩散成像技术的概念、采集策略与重建方法。二是在量子信息推动下磁共振技术从极限探测到量子操控的发展和创新应用。包括：“高压下的色心磁共振和量子传感”聚焦高压极端条件下金刚石氮-空位色心的磁共振研究，其室温量子传感技术为纳米级磁场成像和单分子检测开辟可能；“固体核磁共振量子控制及其应用”介绍了固态核磁共振体系中量子操控的基本理论和在量子控制技术、退相干抑制以及量子模拟等方面的前沿成果；“基于强相互作用核自旋系统的量子传感”首次基于强相互作用的核自旋系统，实现了三维矢量磁场的精密测量器，为开发超高精度的新型量子传感器开辟了全新的技术路径；“真空封装含 Herriott多反射腔原子气室及其在原子磁力仪中的应用”，研究了用于精密测量的原子器件中含多反射腔原子气室的标准化制备方法，以及可拓展的应用；“近零场磁共振与超极化技术” 综述了该领域的前沿研究进展。
这些文章不仅反映了磁共振在理论与技术上的突破，也凸显了其在生物医学诊断、量子计算与传感等前沿交叉领域的深远影响。我们希望本专题能为学术界和产业界提供启发，助力磁共振技术迈向更广阔的未来。
编者按：磁共振技术——架起生物医学与量子信息的创新桥梁
2025, 74 (7): 070101.doi: 10.7498/aps.74.070101
固态核磁共振量子控制及其应用
2025, 74 (7): 077402.doi: 10.7498/aps.74.20241709
作为一种物质表征的重要技术手段，固态核磁共振已经在物理学、材料科学、化学、生物学等多个学科领域得到广泛的应用。近年来，得益于固态核磁共振体系中丰富的多体相互作用和多样的脉冲控制手段，该技术逐渐在前沿的量子科技中展现出重要的研究价值和应用潜力。本文系统性地介绍了固态核磁共振体系的研究对象和理论基础，包括该系统中重要的核自旋相互作用机理及其哈密顿量形式，列举了动力学解耦、魔角旋转等典型的固态核自旋动力学调控手段。此外，我们重点展示了近年来在固态核磁共振量子控制方面取得的前沿进展，包括核自旋极化增强技术、弗洛凯哈密顿量的调控技术等。最后，我们结合一些重要的研究工作阐述了固态核磁共振量子控制技术在量子模拟领域中的应用。
超高场磁共振成像的现状和展望
2025, 74 (7): 078701.doi: 10.7498/aps.74.20241759
超高场磁共振成像(ultra-high field magnetic resonance imaging, UHF-MRI)是主磁场强度为7 T及以上磁共振成像的统称。与传统磁共振成像相比，UHF-MRI具有更高的信噪比和对比度。因此，在临床医学及神经科学等领域，该技术的运用能够显著提高信号的探测灵敏度和图像的空间分辨率，从而提供更丰富的生理病理信息。目前，UHF-MRI在大脑功能和代谢成像两个方面发挥了重要的作用。在脑功能研究方面，高分辨率的皮层功能柱和分层成像有助于揭示神经信息流的方向；在脑代谢研究中，氢核与多核的波谱及成像技术提供了更精确的代谢信息，有望在功能性和代谢性疾病的病理研究中取得重要突破。本文介绍了UHF-MRI的发展历史和理论基础，梳理了其关键优势及在脑功能和代谢成像应用研究中的现状，总结了当前面临的挑战，并提出了未来重点研究方向。