Vilniaus universiteto fizikai dr. Mantas Šimėnas, dr. Kęstutis Aidas ir prof. dr. Jūras Banys su kolegomis iš užsienio atrado originalų būdą tirti kvantinius reiškinius. Šiems tyrimams mokslininkai pasitelkė hibridines medžiagas, turinčias metilo grupių, kurių kvantinis tuneliavimas ir buvo stebėtas. Tikimasi, kad šis tyrimas padės pasaulio mokslininkams geriau suprasti šį kvantinį reiškinį bei įvairių molekulių, tarp jų ir baltymų, elgseną.
Mokslininkų tyrimas publikuotas 2020 metų gegužės 1 dieną prestižiniame „Science“ grupės žurnale „Science Advances“, turinčiame aukštą cituojamumo rodiklį. Straipsnio pavadinimas - „Magnetic excitation and readout of methyl group tunnel coherence“ / „Metilo grupių tuneliavimo koherentiškumo magnetinis sužadinimas ir nuskaitymas“. Šis darbas yra vienas iš keleto retų Lietuvos mokslininkų straipsnių, kurie yra publikuoti „Science“ grupės žurnaluose, o iki šiol tik vienoje iš šių publikacijų pirmasis autorius buvo Lietuvos tyrėjas (prof. dr. V. Šikšnio grupės straipsnis „Science“ žurnale).
„Metilo grupė, kurią sudaro vienas anglies ir trys vandenilio atomai, yra vienas paprasčiausių organinės chemijos struktūrinių elementų. Dėl šios priežasties šios cheminės grupės yra plačiai paplitusios gamtoje, ypatingai biologinėse sistemose. Įdomu tai, kad įprastinėmis sąlygomis šios grupės chaotiškai sukasi apie savo simetrijos ašį, tačiau yra žinoma, kad esant žemai temperatūrai šis judėjimas pereina į kvantinį tuneliavimą, kuris yra neįmanomas klasikinės fizikos požiūriu.
Mums pavyko šį tuneliavimo reiškinį stebėti bei charakterizuoti hibridinėse medžiagose pasitelkiant kitą kvantinio pasaulio įmantrybę – vadinamąjį elektrono sukinį, kurio magnetines savybes galime tiesiogiai išmatuoti. Tikimės, kad šis darbas atvers naują spektroskopijos sritį, kuri išnaudotų itin didelį metilo grupių tuneliavimo jautrumą cheminei aplinkai. Tai leistų geriau ištirti įvairių kitų junginių, taip pat ir baltymų, kurie dalyvauja sukeliant įvairias ligas (pvz. Alzheimerio), struktūrines savybes, taip prisidedant prie šių ligų mechanizmo išaiškinimo. Mūsų stebėta sąveika tarp elektrono sukinio ir metilo grupės taip pat gali būti panaudota kuriant ateities kvantinio kompiuterio elementus.“ –pažymi pirmasis straipsnio autorius dr. M. Šimėnas.
Publikuotas tyrimas buvo vykdomas bendradarbiaujant su fizikais ir chemikais iš Šveicarijos, Vokietijos bei Lenkijos institutų.
„Šis darbas puikiai atskleidžia, koks yra svarbus tarptautinis bei tarpdisciplininis mokslininkų bendradarbiavimas. Tyrimai buvo atlikti naudojant hibridinius metalo-organinius junginius, kuriuos susintetito chemikai iš Lenkijos, o nemaža dalis eksperimentų buvo atlikti man vizituojant kolegas fizikus Leipcigo universitete bei Šveicarijos federaliniame technologijos institute Ciuriche. Taip pat svarbu paminėti, kad tyrėjai iš Šveicarijos sukūrė kvantmechaninį teorinį šio reiškinio modelį, kuris leido lengviau suprasti eksperimentinius rezultatus.“ – kalbėjo dr. M. Šimėnas.
Šiuo metu dr. Mantas Šimėnas atlieka podoktorantūrinę stažuotę viename geriausių pasaulio universitetų - Londono universiteto koledže. Už šį bei kitus susijusius tyrimus jis buvo apdovanotas Lietuvos mokslų akademijos bei Vilniaus universiteto Rektoriaus premijomis, o jo disertacija pripažinta viena geriausių 2018 metais Lietuvoje apgintų disertacijų.
Dr. Kęstutis Aidas yra Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Cheminės fizikos instituto vyresnysis mokslo darbuotojas, kurio mokslinių tyrimų sritis yra molekulinių sistemų struktūrinių, spektrinių ir termodinaminių savybių modeliavimas taikant kvantinės mechanikos ir molekulių dinamikos metodus.
Prof. dr. Jūras Banys šiuo metu yra Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto profesorius bei Lietuvos mokslų akademijos prezidentas, daugiau kaip 400 mokslinių straipsnių bendraautorius, Lietuvos mokslo premijos laureatas.
Daugiau informacijos:
Šimėnas et al., „Magnetic excitation and readout of methyl group tunnel coherence“, Sci. Adv. 2020; 6: eaba1517