Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto mokslininkai dr. Mantas Šimėnas, dr. Kęstutis Aidas ir prof. dr. Jūras Banys su kolegomis iš užsienio atrado originalų būdą tirti kvantinius reiškinius. Mokslininkų tyrimas publikuotas prestižiniame „Science“ grupės žurnale „Science Advances“, turinčiame aukštą cituojamumo rodiklį. Šis darbas yra vienas iš keleto retų Lietuvos mokslininkų straipsnių, kurie yra publikuoti „Science“ grupės žurnaluose.

Leidinyje publikuotam tyrimui „Magnetic Excitation and Readout of Methyl Group Tunnel Coherence“/ „Metilo grupių tuneliavimo koherentiškumo magnetinis sužadinimas ir nuskaitymas“ mokslininkai pasitelkė hibridines medžiagas, turinčias metilo grupių, kurių kvantinis tuneliavimas ir buvo stebėtas. Tikimasi, kad tyrimas padės pasaulio mokslininkams geriau suprasti šį kvantinį reiškinį ir įvairių molekulių, tarp jų ir baltymų, elgseną.

„Metilo grupė, kurią sudaro vienas anglies ir trys vandenilio atomai, yra vienas paprasčiausių organinės chemijos struktūrinių elementų. Dėl to šios cheminės grupės yra labai paplitusios gamtoje, ypač 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“, – pasakoja pirmasis straipsnio autorius dr. M. Šimėnas.

Mokslininkams pavyko šį tuneliavimo reiškinį stebėti ir charakterizuoti hibridinėse medžiagose pasitelkiant vadinamąjį elektrono sukinį, kurio magnetines savybes galima tiesiogiai išmatuoti.

„Tikimės, kad šis darbas atvers naują spektroskopijos sritį, kuri pasinaudotų itin dideliu metilo grupių tuneliavimo jautrumu cheminei aplinkai. Tai leistų geriau ištirti įvairių kitų junginių, taip pat ir baltymų, kurie dalyvauja sukeliant įvairias ligas (pvz., Alzheimerio), struktūrines savybes, ir taip prisidėti 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 dr. M. Šimėnas.

Publikuotas tyrimas buvo vykdomas bendradarbiaujant su fizikais ir chemikais iš Šveicarijos, Vokietijos bei Lenkijos institutų.

„Šis darbas puikiai atskleidžia, koks svarbus tarptautinis ir tarpdisciplininis mokslininkų bendradarbiavimas. Tyrimai buvo atlikti naudojant hibridinius metaloorganinius junginius, kuriuos susintetino chemikai iš Lenkijos, o nemaža dalis eksperimentų buvo atlikti nuvykus pas kolegas fizikus Leipcigo universitete ir 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.

Iki šiol tik vienos iš „Science“ grupės žurnalų publikacijų pirmasis autorius buvo Lietuvos tyrėjas prof. dr. Virginijus Šikšnys. Visa profesoriaus publikacijos grupė buvo Lietuvos komanda.

Šiuo metu dr. M. Šimėnas atlieka podoktorantūros stažuotę viename geriausių pasaulio universitetų – Londono universiteto koledže. Už šį ir kitus susijusius tyrimus jis buvo apdovanotas Lietuvos mokslų akademijos ir Vilniaus universiteto rektoriaus premijomis, o jo disertacija pripažinta viena geriausių 2018 m. Lietuvoje apgintų disertacijų.

Dr. K. Aidas yra VU Cheminės fizikos instituto vyresnysis mokslo darbuotojas. Jo mokslinių tyrimų sritis – molekulinių sistemų struktūrinių, spektrinių ir termodinaminių savybių modeliavimas taikant kvantinės mechanikos ir molekulių dinamikos metodus.

Prof. dr. J. Banys yra VU profesorius ir Lietuvos mokslų akademijos prezidentas, daugiau kaip 400 mokslinių straipsnių bendraautoris, Lietuvos mokslo premijos laureatas.