Самая маленькая в мире МРТ, выполненная на отдельных атомах: магнитно-резонансная томография позволяет сканировать магнитное поле отдельных атомов с беспрецедентным разрешением

В настоящее время МРТ обычно проводится в больницах как часть визуализации для диагностики. МРТ определяет плотность спинов – основных магнитов в электронах и протонах – в человеческом теле.

Традиционно для МРТ требуются миллиарды и миллиарды вращений. Новые результаты, опубликованные сегодня в журнале Nature Physics, показывают, что этот процесс теперь также возможен для отдельного атома на поверхности.

Для этого команда использовала сканирующий туннельный микроскоп, который состоит из атомно-острого металлического наконечника, который позволяет исследователям отображать и исследовать отдельные атомы, сканируя наконечник по поверхности.
Два элемента, которые были исследованы в этой работе, железо и титан, оба являются магнитными.

Благодаря точной подготовке образца атомы были хорошо видны в микроскоп. Затем исследователи использовали наконечник микроскопа как аппарат МРТ, чтобы отобразить трехмерное магнитное поле, созданное атомами, с беспрецедентным разрешением.

Для этого они прикрепили еще один спиновой кластер к острому металлическому наконечнику своего микроскопа. Как и в случае с обычными магнитами, два вращения будут притягивать или отталкивать друг друга в зависимости от их относительного положения. Проведя острие спинового кластера над атомом на поверхности, исследователи смогли отобразить магнитное взаимодействие.

Ведущий автор, д-р. Филип Вилке из QNS говорит: «Оказывается, магнитное взаимодействие, которое мы измерили, зависит от свойств обоих спинов, одного на острие и другого на образце. Например, сигнал, который мы видим для атомов железа, сильно отличается от сигнала для атомов титана. Это позволяет нам различать разные типы атомов по их сигнатуре магнитного поля и делает нашу технику очень мощной."

Исследователи планируют использовать одноатомную МРТ для картирования распределения спинов в более сложных структурах, таких как молекулы и магнитные материалы. "Многие магнитные явления имеют место в наномасштабе, включая последнее поколение магнитных запоминающих устройств."говорит доктор. Юджон Бэ также из QNS, соавтор этого исследования. "Теперь мы планируем изучить различные системы с помощью нашей микроскопической МРТ.«Способность анализировать магнитную структуру на наномасштабе может помочь в разработке новых материалов и лекарств. Более того, исследовательская группа хочет использовать этот вид МРТ для определения характеристик квантовых систем и управления ими. Они представляют большой интерес для будущих схем вычислений, также известных как квантовые вычисления.

"Я очень рад этим результатам. Это определенно является важной вехой в нашей области и имеет многообещающие последствия для будущих исследований."говорит проф. Андреас Генрих, директор QNS. "Возможность отображать спины и их магнитное поле с невообразимой ранее точностью позволяет нам получить более глубокие знания о структуре материи и открывает новые области фундаментальных исследований."
Центр квантовой нанонауки в кампусе Женского университета Ихва в Сеуле, Южная Корея, является ведущим в мире исследовательским центром, объединяющим квантовую и нанонауку для создания квантового будущего посредством фундаментальных исследований.

При поддержке Корейского института фундаментальных наук, основанного в 2011 году, Центр квантовой нанонауки опирается на десятилетия работы директора QNS Андреаса Дж. Генрих (Мальчик и его атом, IBM, 2013) научное руководство заложить основу для будущих технологий, исследуя использование квантового поведения атом за атомом на поверхностях с высочайшей точностью.

Пластиковые машины