Исследователи из Пенсильванского университета представили прорывную квантовую технологию, способную улавливать сигналы от одиночных атомов. Это достижение, подробно описанное в журнале Nano Letters, открывает перед наукой принципиально новые возможности, позволяя изучать материю на беспрецедентно тонком уровне.
Прорыв в ядерной спектроскопии: от макро к микро
В основе разработки лежит усовершенствованная версия метода ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). Ранее эта технология применялась, например, для обнаружения взрывчатых веществ или наркотиков, но работала с большими ансамблями атомов. Теперь же учёным удалось достичь предела чувствительности — регистрировать сигналы от отдельных атомных ядер. «Мы изолировали атомные ядра и смогли различить мельчайшие вариации в молекулах, которые прежде казались идентичными», — поясняет Ли Бассетт, директор Лаборатории квантовой инженерии и ведущий автор работы. Это даёт инструмент для изучения молекулярной структуры и динамики процессов с невиданной ранее детализацией.
Случайное открытие, приведшее к большому прорыву
Ключевое наблюдение было сделано почти случайно в ходе экспериментов с азотными вакансиями в алмазах — это особые дефекты кристаллической решётки, активно используемые в квантовых сенсорах.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Исследователь Алекс Брайтвейзер зафиксировал необычные сигналы, которые сначала были приняты за помехи или артефакты эксперимента. Однако тщательный анализ показал, что команда столкнулась с реальными физическими эффектами, ранее считавшимися слишком слабыми для обнаружения. «Мы осознали, что наблюдаем не аномалию, а новую физическую закономерность», — отмечает Брайтвейзер, ныне работающий в IBM.Области применения и будущее технологии
Новый метод позволяет в буквальном смысле наблюдать за взаимодействиями отдельных молекул, что критически важно для таких областей, как разработка лекарств и структурная биология. «Это похоже на возможность извлечь одну конкретную строку данных из огромной таблицы», — проводит аналогию соавтор исследования Матье Уэлле. Работа, выполненная в коллаборации с Делфтским техническим университетом (Нидерланды), объединила экспериментальную физику, квантовое зондирование и теоретическое моделирование. Технология потенциально способна дать ответы на фундаментальные вопросы, например, о механизмах управления молекулами. Это открытие не только расширяет границы спектроскопии, но и может стать основой для новых прорывов в квантовых вычислениях, материаловедении и медицине.
Все последние новости науки и техники читайте на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.