Uusi kvanttitunnistintekniikka paljastaa subatomisia signaaleja16.01.2025
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 |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.