Квантовый прорыв: учёные приблизились к созданию атомарного МРТ
Физик Тонкан Ли из Университета Пердью проводит оптически детектируемую магнитную резонансную спектроскопию в своей лаборатории. Автор: Purdue University photo/Charles Jischke
Исследователи из Университета Пердью совершили прорыв в области квантовых технологий, который может кардинально улучшить разрешение магнитно-резонансной спектроскопии (ЯМР) до атомарного уровня. Эта технология, лежащая в основе МРТ-сканирования, до сих пор позволяла анализировать только крупные образцы молекул.
Профессор физики и астрономии Тонкан Ли и его команда разработали метод, который потенциально позволит детектировать и анализировать отдельные молекулы. Их исследование опубликовано в журнале Nature.
Учёные внедрили редкий изотоп углерод-13 в ультратонкий гексагональный нитрид бора, а затем использовали магнитную резонансную микроскопию для получения атомарной информации о структуре созданного материала.
«Обычная ЯМР-спектроскопия ограничена измерением больших образцов молекул. Мы заинтересованы в разработке технологий, которые могут обнаруживать и анализировать отдельные молекулы», — пояснил Ли.
Инициализация и когерентное управление ядерным спином углерода-13. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09258-7
Принцип работы метода основан на использовании магнитного поля, которое генерируют ядра некоторых атомов. Исследователи адаптировали принцип магнитного резонанса для материалов, образующих атомарно тонкие слои — так называемых 2D-материалов.
Ключевым достижением стало использование ядра углерода-13 в качестве зонда для получения информации о структуре его окружения. Это первая демонстрация односпиновой ЯМР-спектроскопии ядерного спина углерода-13 в 2D-материале.
Команда классифицировала дефекты на три группы и идентифицировала конкретную структуру дефектов в двух из них. Также было обнаружено, что ядерный спин углерода-13 имеет длительное время когерентности даже при комнатной температуре, что важно для квантовых вычислений.
«Наша работа углубляет понимание спиновых дефектов в гексагональном нитриде бора и предоставляет путь для усиления квантового зондирования с использованием ядерных спинов в качестве квантовой памяти», — заявил Ли.
Это открытие может найти применение не только в медицинской диагностике, но и в разработке квантовых компьютеров и систем квантовой связи.
Больше информации: Xingyu Gao et al, Single nuclear spin detection and control in a van der Waals material, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09258-7
0 комментариев