Para medir la precesión de un núcleo de carbono, Los investigadores de ETH Zurich utilizaron el giro de un defecto vecino en la red cristalina como sensor. Crédito:ETH Zurich / Jan Rhensius, Kristian Cujia
La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es uno de los métodos más importantes de análisis fisicoquímico. Se puede utilizar para determinar estructuras y dinámicas moleculares precisas. La importancia de este método también se evidencia en el reconocimiento de los dos últimos premios Nobel de ETH Zurich, Richard Ernst y Kurt Wüthrich, por sus contribuciones al perfeccionamiento del método.
La técnica se basa en resonancia magnética nuclear, que aprovecha el hecho de que ciertos núcleos atómicos interactúan con un campo magnético. Un factor clave aquí es el giro nuclear, que se puede comparar con el giro de la peonza de un niño. Similar a una peonza que comienza a tambalearse, un fenómeno llamado precesión, Los espines nucleares que están expuestos a un campo magnético comienzan a precesar. Esto genera una señal electromagnética que se puede medir utilizando una bobina de inducción.
Resolución más alta
Un equipo de investigadores dirigido por Christian Degen, Profesor de Física del Estado Sólido en ETH Zurich, ha desarrollado un nuevo enfoque, lo que permite rastrear directamente la precesión de espines nucleares individuales. En comparación, Las mediciones de RMN convencionales suelen requerir al menos 10 12 a 10 18 núcleos atómicos para registrar una señal de medición.
En su proyecto, los investigadores de ETH analizaron el comportamiento de los átomos de carbono 13 en los diamantes. En lugar de utilizar métodos convencionales para medir la precesión del núcleo de carbono, utilizaron el espín de un electrón adyacente en un centro N-V, una imperfección en la red cristalina del diamante, como sensor. Kristian Cujia, un estudiante de doctorado en el grupo de Degen, resume el principio así:"Usamos un segundo sistema cuántico para estudiar el comportamiento del primer sistema cuántico. De esta manera, Creamos una forma de medición muy sensible ".
Potencial para aplicaciones futuras
Los sistemas cuánticos son difíciles de precisar, ya que cualquier medición también influirá en el sistema que se está observando. Por lo tanto, los investigadores no pudieron seguir la precesión de forma continua; su movimiento habría cambiado demasiado drásticamente. Para resolver este problema, desarrollaron un método de medición especial para capturar el giro del átomo de carbono a través de una serie de mediciones débiles en rápida sucesión. Como resultado, fueron capaces de mantener la influencia de su observación tan pequeña como para no influir en el sistema de forma mensurable, dejando perceptible el movimiento circular original.
"Nuestro método allana el camino para avances notables en la tecnología de RMN, "Degen explica." Esto potencialmente nos permite registrar directamente los espectros de moléculas individuales y analizar estructuras a nivel atómico ". Como primer ejemplo, los físicos identificaron la posición tridimensional de los núcleos de carbono en la red de diamantes con resolución atómica. Los físicos ven un enorme potencial en este desarrollo. Tales mediciones detalladas de RMN podrían conducir a conocimientos completamente nuevos en muchas áreas, como ya ha sido el caso de la espectroscopia de RMN convencional en las últimas décadas ".
El estudio se publica en Naturaleza .
