Специалисты из Школы инженерных и прикладных наук Пенсильванского университета (Penn Engineering) достигли значительного прогресса в молекулярной спектроскопии, внедрив методику, которая позволяет выявлять сигналы от отдельных атомов.
Начиная с 1950-х годов, учёные применяли радиоволны для обнаружения молекулярных «отпечатков» неизвестных веществ. Эти технологии нашли применение в различных сферах — от МРТ диагностики человеческого организма до обнаружения взрывчатых материалов в аэропортах. Однако существующие методы полагались на усреднённые сигналы от триллионов атомов, что не позволяло зафиксировать мельчайшие различия между отдельными молекулами.
Новая методика является разновидностью ядерной квадрупольной резонансной спектроскопии, использующей квантовые датчики.
«Благодаря этой технологии мы можем изолировать отдельные ядра и выявить незначительные различия в молекулах, которые ранее считались идентичными», — объясняет Ли Бассетт, доцент кафедры электротехники и системной инженерии, директор Квантовой инженерной лаборатории Пенна и ведущий исследователь данного проекта.
Данное открытие было сделано неожиданно во время рутинных экспериментов. Алекс Брейтвейзер, недавний выпускник докторантуры по физике и соавтор исследования, анализируя азотно-вакансионные центры в алмазах, заметил необычные закономерности в данных. «Мы поняли, что наблюдаем не просто случайную аномалию, а входим в новый физический режим благодаря этой технологии», — комментирует Брейтвейзер, ныне работающий в IBM.
Развитие исследования стало возможным благодаря сотрудничеству с учёными из Делфтского технического университета в Нидерландах. Объединив знания в экспериментальной физике, квантовых измерениях и теоретическом моделировании, команда разработала методику, способную фиксировать сигналы от отдельных атомов с невероятной точностью.
Построение теоретической базы для объяснения полученных экспериментальных данных потребовало значительных усилий. «Это похоже на диагностику пациента по симптомам, — поясняет один из исследователей. — Данные могут указывать на множество различных причин. Потребовалось немало времени, чтобы выявить верный «диагноз»».
Исследователи полагают, что их метод обладает огромным потенциалом для решения современных научных задач. Проясняя ранее неизвестные явления, эта методика может существенно помочь в понимании молекулярных механизмов, что особенно актуально для таких областей, как разработка лекарств, где знание молекулярных взаимодействий на атомном уровне является критически важным.
Источник: iXBT
