İki boyutlu spektroskopi, moleküllerin yapısını ve dinamiklerini anlamak için kullanılan güçlü analitik araçlardan biridir. Son yıllarda bu alanda "aksiyon tespiti" adı verilen bir yaklaşım giderek önem kazanmaktadır. Bu yöntemde lazerden gelen ışığın molekülle etkileşimi sonucu oluşan koherent sinyal, doğrudan ölçülmek yerine floresans ya da başka ikincil sinyaller aracılığıyla dolaylı biçimde algılanır.

Şimdiye kadar yaygın olarak kullanılan iki örnek yöntem öne çıkıyordu: Floresans tabanlı iki boyutlu elektronik spektroskopi (F-2DES) ve etiket kaybı tabanlı iki boyutlu kızılötesi spektroskopi (TL-2DIR). Her ikisi de uyarılmış durum popülasyonunu izleyerek bilgi üretmektedir.

Ancak yakın zamanda sahneye çıkan yeni bir teknik bu tabloyu değiştiriyor. Atomik kuvvet mikroskobu ile entegre edilmiş iki boyutlu kızılötesi spektroskopi (AFM-2DIR), moleküllerin soğurduğu enerjiyi ısıya dönüştürerek bu termal değişimi mekanik hassasiyetiyle ölçüyor. Yöntem, özellikle moleküllerin titreşim anharmonikliğine ve birbirine bağlı titreşim modlarına duyarlılığı sayesinde geleneksel 2DIR spektroskopisine çok daha yakın sonuçlar üretiyor.

Yeni çalışmada araştırmacılar, popülasyon tabanlı ve ısı tabanlı aksiyon yöntemlerini kapsayan birleşik bir teorik model geliştirdi. Bu modele göre TL-2DIR, sistemin doğrusal tepkisini yansıtırken AFM-2DIR son derece doğrusal olmayan bir ölçüm rejimine karşılık geliyor. Teorik tahminlerin deneysel AFM-2DIR verileriyle uyum içinde olduğu doğrulandı.

Söz konusu yaklaşımın kızılötesinin ötesine, görünür ışık ve ultramorötesi bölgeye genişletilmesi de teorik olarak ele alındı. Bu durum, yöntemin çok daha geniş bir molekül sınıfına uygulanabileceğine işaret ediyor.

Isı tabanlı spektroskopinin en çarpıcı potansiyeli, nanometre ölçeğindeki uzamsal çözünürlüğüdür. AFM'nin mekanik hassasiyetiyle birleşince bu yöntem, tek bir molekülün kimyasal kimliğini ve titreşim özelliklerini belirlemeye yaklaşan bir hassasiyet sunuyor. Malzeme bilimi, ilaç araştırmaları ve yüzey kimyası gibi alanlarda önemli uygulamalar doğurabilecek bu gelişme, spektroskopi dünyasında yeni bir sayfanın açıldığına işaret ediyor.