Un progetto di ricerca internazionale guidato da Kazuyuki Takeda dell'Università di Kyoto e Koji Usami dell'Università di Tokyo ha sviluppato un nuovo metodo di rilevamento della luce per la risonanza magnetica nucleare (NMR) convertendo i segnali a radiofrequenza NMR in segnali ottici.

Questo nuovo metodo di rilevamento, apparso sul giornale ottica , ha il potenziale per fornire un'analisi più sensibile rispetto all'NMR convenzionale. Il suo possibile utilizzo in analisi chimiche di maggiore precisione, così come nella tecnologia di risonanza magnetica (MRI), interessano anche loro.

La NMR è una branca della spettroscopia in cui gli scienziati misurano lo spin del nucleo di un atomo per determinarne l'identità. I nuclei atomici sottoposti a un campo magnetico inducono segnali a radiofrequenza in un circuito rivelatore. Poiché atomi diversi causano segnali a frequenze diverse, gli scienziati possono utilizzare queste informazioni per determinare i composti contenuti in un campione. L'applicazione più nota di questo è nell'immaginazione basata sulla risonanza magnetica, come le scansioni TC.

"L'NMR è uno strumento molto potente, ma le sue misurazioni si basano sull'amplificazione dei segnali elettrici a radiofrequenze. Questo aumenta il rumore e limita la sensibilità delle nostre misurazioni, " spiega Takeda. "Così abbiamo sviluppato da zero un sistema NMR sperimentale, che converte i segnali a radiofrequenza in segnali ottici."

Il principio alla base di questa "conversione verso l'alto" è una nuova tecnologia di conversione quantistica ibrida. Il team ha lavorato per integrare questo sistema in NMR, eventualmente costruire un dispositivo che collega l'elettronica alla meccanica, e poi all'ottica. Il materiale che collega tutti e tre i sistemi è una membrana elastica di nitruro di silicio.

"Abbiamo costruito un condensatore depositando sotto vuoto uno strato di metallo sulla membrana di nitruro di silicio, " spiega il co-autore Usami. Usandolo con un induttore, hanno costruito un risonatore per rilevare i segnali NMR, e successivamente costruì una cavità ottica usando lo strato metallico come uno specchio. "Il segnale elettrico NMR in arrivo scuote la membrana, causando un movimento che viene rilevato da un interferometro ottico."

Il team ritiene che il successo di questo rilevamento ottico possa spingere ulteriormente il metodo della spettroscopia, con la speranza che questa maggiore accuratezza nel rilevamento e nella caratterizzazione dei materiali possa essere utilizzata in molteplici discipline scientifiche.

Takeda conclude, "Sono stati segnalati vari metodi per il rilevamento NMR ottico, e mentre alcuni sono molto sensibili, finora non hanno avuto ampia applicabilità. Il nostro nuovo schema si è dimostrato versatile e applicabile a un'ampia gamma di materiali".