Verdens mindste MR udført på enkeltatomer

Forskere ved Center for Quantum Nanoscience (QNS) inden for Institute for Basic Science (IBS) ved Ewha Womans University har gjort et stort videnskabeligt gennembrud ved at udføre verdens mindste magnetiske resonansbilleddannelse (MRI). I et internationalt samarbejde med kolleger fra USA, QNS -forskere brugte deres nye teknik til at visualisere magnetfeltet af enkeltatomer.

MR foretages rutinemæssigt på hospitaler som en del af billeddannelse til diagnostik. MRI'er registrerer densiteten af ​​spins - de grundlæggende magneter i elektroner og protoner - i menneskekroppen. Traditionelt set milliarder af spins er nødvendige for en MR -scanning. De nye fund, offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturfysik , vise, at denne proces nu også er mulig for et individuelt atom på en overflade. At gøre dette, holdet brugte et scannende tunnelmikroskop, som består af en atomisk skarp metalspids, der gør det muligt for forskere at forestille sig og sonde enkelte atomer ved at scanne spidsen hen over overfladen.

De to elementer, der blev undersøgt i dette arbejde, jern og titanium, er begge magnetiske. Gennem præcis forberedelse af prøven, atomerne var let synlige i mikroskopet. Forskerne brugte derefter mikroskopets spids som en MR-maskine til at kortlægge det tredimensionelle magnetfelt, der er skabt af atomerne med en hidtil uset opløsning. For at gøre det, de fastgjorde en anden spin -klynge til den skarpe metalspids af deres mikroskop. Ligesom dagligdags magneter, de to spins ville tiltrække eller frastøde hinanden afhængigt af deres relative positioner. Ved at feje spids -spin -klyngen over atomet på overfladen, forskerne var i stand til at kortlægge den magnetiske interaktion. Hovedforfatter Dr. Philip Willke fra QNS siger, "Det viser sig, at den magnetiske interaktion, vi målte, afhænger af egenskaberne for begge spins, den på spidsen og den på prøven. For eksempel, det signal, vi ser for jernatomer, er meget anderledes end det for titaniumatomer. Dette giver os mulighed for at skelne forskellige slags atomer ved deres magnetfelt signatur, og gør vores teknik meget kraftfuld. "

Forskerne planlægger at bruge deres single-atom MRI til at kortlægge spindistributionen i mere komplekse strukturer såsom molekyler og magnetiske materialer. "Mange magnetiske fænomener finder sted på nanoskalaen, herunder den seneste generation af magnetiske lagerenheder, "siger Dr. Yujeong Bae også fra QNS, en medforfatter i denne undersøgelse. "Vi planlægger nu at studere en række forskellige systemer ved hjælp af vores mikroskopiske MR." Evnen til at analysere den magnetiske struktur på nanoskalaen kan hjælpe forskere med at udvikle nye materialer og lægemidler. I øvrigt, forskergruppen ønsker at bruge denne form for MR til at karakterisere og kontrollere kvantesystemer. Disse er af stor interesse for fremtidige beregningsordninger, også kendt som quantum computing.

"Jeg er meget begejstret for disse resultater. Det er bestemt en milepæl på vores område og har meget lovende konsekvenser for fremtidig forskning." siger prof. Andreas Heinrich, Direktør for QNS. "Evnen til at kortlægge spins og deres magnetfelter med tidligere ufattelig præcision giver os mulighed for at få dybere viden om stofets struktur og åbner nye områder for grundforskning."