重大科学突破:最小核磁共振成像,能成像单个原子超级奶爸

更新时间:2019-07-04 18:56
梨花女子大学女子大学基础科学研究所量子纳米科学中心的研究人员在世界上最小的核磁共振成像技术(qns)上取得了重大的科学突破。在与美国同事的国际合作中,科学家们使...

梨花女子大学女子大学基础科学研究所量子纳米科学中心的研究人员在世界上最小的核磁共振成像技术(qns)上取得了重大的科学突破。在与美国同事的国际合作中,科学家们使用新技术来可视化单个原子的磁场。核磁共振成像(qns),作为诊断成像的一部分,是在医院例行进行的。核磁共振成像(qns)检测人体内纺锤体波的密度。纺锤体波是电子和质子中的基本磁性。传统上,核磁共振扫描需要数十亿自旋。

这项新发现发表在2019年7月1日的自然物理学杂志上,它表明,这个过程现在可以在表面上出现一个原子。为了做到这一点,研究小组使用了扫描隧道显微镜,该显微镜由原子尖端的金属尖端组成,通过扫描尖端表面,研究人员可以对单个原子进行成像和检测。

这项工作中研究的两种元素,铁和钛是磁性的。通过准确地准备样品,原子在显微镜下很容易被看到。然后研究人员使用显微镜的尖端像核磁共振成像仪一样。

(图示)明亮区域标志着与原子磁场相同的位置

为了以前所未有的分辨率描绘原子产生的三维磁场,研究人员将另一种自旋附着在显微镜锋利的金属尖端上。与普通磁铁类似,这两种自旋相互吸引或排斥,取决于它们的相对位置。通过在原子表面扫过自旋团,研究人员能够绘制磁场相互作用的地图。这项研究的主要作者、Qns的菲利普·威尔克博士(PhilipWilke)说:研究结果表明,测量的磁相互作用取决于两个自旋的性质,一个在顶端,另一个在样品上。

例如,我们看到的铁原子信号与钛原子信号有很大不同。这使得科学家能够根据磁场的特点来区分不同种类的原子,同时也表明这项技术非常强大。研究人员计划使用单原子核磁共振成像来描绘分子和磁性材料等更复杂结构中的自旋分布。许多磁性现象发生在纳米尺度上,包括最新一代的磁存储设备。研究人员现在计划使用显微核磁共振成像来研究各种系统。

在纳米尺度上分析磁性结构的能力可以帮助研究人员开发新的材料和药物。此外,该团队希望利用这种核磁共振成像来表征和控制量子系统。这对于未来的计算方案(也称为量子计算)非常有意义。我相信,大多数人对这些结果非常兴奋,这无疑是这一领域的一个里程碑,对未来的研究具有重大意义。我们有可能以前无法想象的精度绘制自旋和磁场图,从而加深对物质结构的理解,开辟一个新的基础研究领域。

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