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Detlev Brinkmann studierte an der Universität Göttingen und an der Universität Zürich, wo er 1958 das Diplom in Experimentalphysik erwarb. Seine Promotion erfolgte 1961 mit einer Arbeit über «Kernresonanz im gasförmigen Xenon». Als Research Assistent bildete sich Detlev Brinkmann danach an der Rutgers University in New Brunswick, New Jersey (USA) auf dem Gebiet der magnetischen Kernresonanz (NMR) weiter. 1968 habilitierte er sich dann an der Universität Zürich für das Gebiet der Experimentalphysik mit einer Studie über «Verschiebung des lokalen magnetischen Feldes in der Kernresonanz von Edelgasen». An der UZH baute Detlev Brinkmann eine engagierte Forschungsgruppe auf, die mit Hilfe der magnetischen Kernresonanz bedeutsame Beiträge zur Physik der kondensierten Materie machte. Das weite Feld seiner wissenschaftlichen Arbeiten reichte von den Edelgasen über natürliche Minerale zu synthetischen Substanzen, wie quasi-eindimensionale Leiter und Superionenleiter.