Принципиально новый метод изучения магнитных свойств отдельных молекул был разработан двумя независимыми группами физиков — из Университета Штутгарта (University of Stuttgart) в Германии и Исследовательского центра Almaden при IBM в Сан-Хосе, Калифорния. Этот метод напоминает МРТ, уменьшенную до размеров отдельных молекул, а в качестве детектора выступают алмазы с особым дефектом строения кристаллической решетки. Статьи ученых опубликованы в журнале Science.

Ядерно-магнитно-резонансная томография (ЯМР) и магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет изучить структуру вещества с помощью воздействия магнитным полем на ядро водорода. Водород является составляющей всех тканей человеческого тела. В ядре водорода присутствует одна положительно заряженная частица. Когда эта частица попадает в сильное магнитное поле, она начинает двигаться. По окончании воздействия движение прекращается, и частица выделяет энергию расслабления. Эту энергию и фиксируют приборы. Однако многим исследователям изучение целого организма кажется не настолько интересным, как изучение отдельных молекул, составляющих его. Физики давно мечтают «уменьшить» МРТ до молекулярного уровня.

Однако в этом случае детекторам приборов необходимо среагировать на отдельные молекулы, размер которых не превышает несколько нанометров. Для этого детекторы должны быть такого же размера, однако даже самые маленькие современные магнитные катушки имеют не менее нескольких микрометров в длину. Но ученым удалось использовать в качестве детекторов алмазы с особым дефектом кристаллической решетки. Под поверхностью таких алмазов находятся атомы азота, крайне чувствительные к магнитным колебаниям. В зависимости от ориентации магнитных спинов ядер азота, красное флуоресцентное свечение, испускаемое алмазом, становится то ярче, то тусклее. Наблюдая за этими колебаниями, ученые смогли изучить структуру образца объемом всего лишь в 5 кубических нанометров.

Новая методика позволит биологам изучать строение отдельных биологических молекул, например, белков, не прибегая к их разрушению или замораживанию. В ближайшее время физики намерены «научить» новые приборы переводить описание структуры молекулы в ее изображение. Для этого кристалл дефектного алмаза поместят на кончик сканирующего микроскопа.