Uusi kvanttitunnistintekniikka paljastaa subatomisia signaaleja

16.01.2025

Penn-kvanttitunnistintekniikka-paljastaa-subatomisia-signaaleja-300-t.pngTiedemiehet ovat 1950-luvulta lähtien käyttäneet radioaaltoja paljastaakseen tuntemattomien materiaalien molekyylisiä "sormenjälkiä" ja siten auttaneet erilaisissa tehtävissä, kuten ihmiskehon skannaamisessa MRI-laitteilla ja räjähteiden havaitsemiseen lentokentillä.

Nämä menetelmät kuitenkin perustuvat biljoonien atomien keskiarvoihin, mikä tekee mahdottomaksi havaita pieniä vaihteluita yksittäisten molekyylien välillä.

Tällaiset rajoitukset estävät sovellutuksia proteiinitutkimuksen kaltaisilla aloilla, joissa pienet erot muodoissa säätelevät toiminnallisuutta ja voivat määrittää eron terveyden ja sairauden välillä.

Nyt Penn Engineeringin insinöörit ovat käyttäneet kvanttiantureita toteuttaakseen uraauurtavan muunnelman ydinkvadrupolaari resonanssispektroskopiassa (NQR), tekniikassa, jota perinteisesti käytetään lääkkeiden ja räjähteiden havaitsemiseen tai lääkkeiden analysointiin.

Uusi menetelmä on niin tarkka, että se pystyy havaitsemaan yksittäisten atomien NQR-signaalit - saavutusta, jota pidettiin saavuttamattomana. Tämä uuden tason herkkyys avaa oven läpimurroille aloilla, kuten lääkekehitys, jossa molekyylitason vuorovaikutusten ymmärtäminen atomitasolla on kriittistä.

"Tämän tekniikan avulla voimme eristää yksittäisiä ytimiä ja paljastaa pieniä eroja identtisinä pidetyissä molekyyleissä", sanoo tutkimusta johtanut Lee Bassett. "Keskittymällä yhteen ytimeen voimme paljastaa yksityiskohtia molekyylirakenteesta ja dynamiikasta, jotka olivat aiemmin piilossa. Tämän kyvyn avulla voimme tutkia luonnon rakenneosia aivan uudessa mittakaavassa."

Löytö johtui odottamattomasta havainnosta rutiinikokeiden aikana. Alex Breitweiser työskenteli timanttien typpivakanssikeskusten (NV) kanssa kun hän huomasi datassa epätavallisia kuvioita.

Jaksottaiset signaalit näyttivät kokeelliselta artefaktilta, mutta säilyivät laajan vianmäärityksen jälkeen. Palattuaan 1950- ja 1960-lukujen ydinmagneettista resonanssia koskeviin oppikirjoihin Breitweiser tunnisti fyysisen mekanismin, joka selitti näkemänsä, mutta joka oli aiemmin hylätty kokeellisesti merkityksettömänä.

Tekniikan edistyminen mahdollisti ryhmän havainnot ja mittauksien vaikutukset, ne kun olivat aiemmin tieteellisten instrumenttien ulottumattomissa. "Ymmärsimme, ettemme näe vain poikkeavaa", Brietweiser sanoo. "Olemme murtautumassa uuteen fysiikan järjestelmään, jota voimme hyödyntää tekniikalla."

Tulevaisuudessa tutkijat näkevät menetelmällään valtavan potentiaalin vastata kiireellisiin tieteellisiin haasteisiin. Luonnehtimalla ilmiöitä, jotka olivat aiemmin piilossa, uusi menetelmä voisi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin maailmaamme muokkaavia molekyylimekanismeja.

Aiheesta aiemmin:

Ennätysmäisiä anturitekniikoita

Antureita atomien ja nanomittojen maailmaan

Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä

15.02.2025Kupariset kukat kukkivat keinolehdillä
14.02.2025Kvanttiverkot vakaammiksi yhteyksiä lisäämällä
14.02.2025Lomittumista makrotasolla
13.02.2025Atomien avulla parempia metamateriaaleja
13.02.2025Käänteinen suunnittelu pelin muuttajana fysiikassa
12.02.2025Metamateriaali piin pinnalla vauhdittaa elektroneita
12.02.2025Porttiohjattavilla kaksiulotteisilla TMD:llä spintronisia muisteja
11.02.2025Omavoimainen älyanturi poistaa haavanhoidon kivun
11.02.2025Printattavia monimolekyylisiä biosensoreita
10.02.2025Muisti-innovaatiot tasoittavat tietä EU:n tietotekniikan riippumattomuudelle

Siirry arkistoon »