Quando si tratta dei fondamenti per realizzare materiali migliori:vetro più resistente ma più sottile per televisori o schermi di telefoni, per esempio, quasi sempre si riduce agli elementi costitutivi della scienza. Comprendere la struttura attorno a un atomo, il pezzo più elementare di qualsiasi materiale, e potresti essere in grado di cambiare quel materiale in meglio.

Ma studiare gli atomi può essere difficile, soprattutto per alcuni elementi. Un particolare isotopo dell'ossigeno, Per esempio, è notoriamente difficile da valutare per gli scienziati, perché lo strumento migliore per il lavoro, qualcosa chiamato spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, non mantiene gli isotopi in movimento abbastanza a lungo per studiarlo bene.

"Volevamo guardare l'ossigeno, ma ottenere dettagli sulle strutture dell'ossigeno è stato difficile nel corso degli anni perché non abbiamo potuto osservare il comportamento collettivo di questi isotopi di ossigeno abbastanza a lungo, " disse Filippo Grandinetti, un professore presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica della Ohio State University.

Pensala come un'onda da stadio:se solo una persona fa l'onda, e lo fa solo per pochi secondi, l'onda non sarà particolarmente evidente. Ma se tutti in uno stadio fanno l'onda, e lo fa andare avanti per qualche minuto o più, potrebbe essere possibile imparare alcune cose sull'onda, perché puoi vederlo accadere e misurare elementi specifici su di esso:la sua velocità, Per esempio, o la percentuale di persone che indossano scarlatto o grigio mentre lo fanno.

Un team di ricercatori dell'Ohio State ha scoperto come mantenere "l'onda" di un particolare isotopo dell'ossigeno, tra gli elementi più abbondanti sul pianeta e un elemento fondamentale per materiali come il vetro e la ceramica, durante la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare abbastanza a lungo per imparare alcune cose sulla sua struttura e funzione.

"E comprendere la struttura intorno all'ossigeno ti consente di creare materiali migliori da esso:vetro migliore, ceramiche migliori, " disse Grandinetti, che è anche autore senior di uno studio sulla scoperta pubblicato lunedì, 28 ottobre nel diario Revisione fisica B .

Per comprendere la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, considera una cima giocattolo. Lascia cadere la parte superiore con un movimento del polso, e la parte superiore gira quasi perpendicolarmente alla superficie su cui sta ruotando. Ma spingilo con il dito, e l'angolo attorno al quale ruota la trottola inizia a cambiare. Questo cambiamento di angolo è qualcosa che gli scienziati chiamano "precessione" e la stessa cosa accade agli atomi che vengono valutati utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare.

Per studiare questo particolare isotopo dell'ossigeno, ossigeno 17, utilizzando una macchina per spettroscopia a risonanza magnetica nucleare, gli scienziati "colpiscono" gli atomi con le onde radio, cambiando l'angolo attorno al quale gli isotopi precedono.

Quello che hanno scoperto è che l'angolo conta, specialmente per un isotopo dell'ossigeno 17:ad angoli retti, l'"onda" degli isotopi dura molto più a lungo del normale. Generalmente, questa "onda" dura solo pochi millisecondi, quasi niente. Ma Grandinetti e il suo team hanno scoperto come estendere l'"onda" - quella che chiamano la durata della coerenza della risonanza magnetica nucleare - dell'ossigeno 17 fino a cinque minuti. Ciò crea una finestra molto più ampia durante la quale gli scienziati possono studiare l'isotopo. Questa estensione della durata porta a una riduzione di un milione di volte del tempo necessario per eseguire una misurazione O-17 NMR.

"Questo è il tipo di scienza dei mattoni che aiuta gli scienziati a progettare materiali migliori, " Disse Grandinetti. "Più a lungo gli scienziati possono studiare questo isotopo, più possono imparare su di esso. E poi il mondo è la tua ostrica:puoi iniziare a imparare come usare questo elemento per rendere i materiali più forti, o più leggero, o qualunque cosa tu abbia bisogno che sia."