Tek çekirdeği doğrudan takip etmek mi? Zirve gibi dönen MRI teknolojisi tekrar gelişti
Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, kesin moleküler yapı ve dinamikleri belirlemek için kullanılabilecek önemli fiziksel ve kimyasal analiz yöntemlerinden biridir. ETH Zürih'ten iki Nobel Ödülü sahibi Richard Ernst ve Kurt Wutrich, bu yöntemin geliştirilmesine katkılarından dolayı takdir edildi ve bu da bu yöntemin önemini kanıtlıyor. Bu teknoloji, belirli çekirdeklerin manyetik alan ile etkileşime girmesi gerçeğinden yararlanan nükleer manyetik rezonans teknolojisine dayanmaktadır.Buradaki anahtar faktör, bir çocuğun tepesinin dönüşüyle karşılaştırılabilecek olan nükleer spindir.
Tepenin sallanmasına benzer şekilde (devinim adı verilen bir fenomen), manyetik alana maruz kalan nükleer dönüşler de hareket etmeye başlar. Bu, indüksiyon bobinleri kullanılarak ölçülebilen bir elektromanyetik sinyal üretir. Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, moleküllerin yapısını ve işlevini analiz etmek ve spin yoğunluklarının üç boyutlu görüntülenmesi için güçlü bir tekniktir. NMR spektrometresinin özü, çekirdeklerin dış manyetik alan etrafındaki devinimiyle üretilen serbest indüksiyon zayıflama sinyali şeklinde var olan elektromanyetik radyasyonu tespit etmektir.
Yüksek çözünürlük
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)ETH Zürih'te katı hal fiziği profesörü olan Christian Degen liderliğindeki bir araştırma ekibi, tek bir nükleer spinin presesyonunu doğrudan takip etmeyi mümkün kılan yeni bir yöntem geliştirdi. Aksine, geleneksel NMR ölçümleri, ölçüm sinyalini kaydetmek için genellikle en az 10 ^ 12 ila 10 ^ 18 çekirdek gerektirir.Projede, ETH araştırmacıları elmaslardaki karbon 13 atomlarının davranışını analiz etti. Karbon çekirdeklerinin presesyonunu ölçmek için geleneksel yöntemler kullanmak yerine, N-V merkezine bitişik elektronların dönüşleri sensör olarak kullanılır - bu, elmas kristal kafesinde bir kusurdur.
Degen ekibinde doktora öğrencisi olan Kristian Cujia, bu prensibi şu şekilde özetledi: İlk kuantum sisteminin davranışını incelemek için ikinci kuantum sistemini kullanıyoruz. Bu şekilde çok hassas bir ölçüm yöntemi oluşturulur. Serbest indüksiyon zayıflamasının sürekli tespitinin hala tek dönüşlü seviyelere uygulanıp uygulanamayacağı veya kuantum inversiyonunun (detektörün ölçümün kendisi üzerindeki etkisi) NMR yanıtını değiştirip değiştirmeyeceği açık değildir.
Gelecekteki uygulama potansiyeli
Kuantum sistemlerini belirlemek zordur, çünkü herhangi bir ölçüm de gözlemlenen sistemi etkileyecektir. Bu nedenle araştırmacılar, devinimi sürekli takip edemezler ve hareketi tamamen değişecektir. Bu sorunu çözmek için, karbon atomlarının dönüşünü bir dizi hızlı ve sürekli zayıf ölçümle yakalamak için özel bir ölçüm yöntemi geliştirildi. Bu nedenle gözlemi sürdürebilmenin etkisi o kadar küçüktür ki sistemin ölçülebilirliğini etkilemez ve orijinal dairesel hareket hissini bırakır.Bu yöntem NMR teknolojisinde önemli gelişmelerin yolunu açmaktadır.
Bu, tek tek moleküllerin spektrumlarını doğrudan kaydetmemize ve yapıyı atomik seviyede analiz etmemize izin verebilir. İlk örnek olarak, fizikçiler atomik çözünürlükle elmas kafesteki karbon çekirdeklerinin üç boyutlu konumunu belirlediler. Fizikçiler bu gelişmenin büyük potansiyelini görüyorlar. Bu ayrıntılı nükleer manyetik rezonans ölçümü, tıpkı son on yıllardaki geleneksel nükleer manyetik rezonans spektroskopisi gibi birçok alanda yeni anlayışlar getirebilir ve araştırması Nature'da yayınlandı.
