世界上最小的磁共振成像機捕捉單個原子的磁場圖像 _知識經驗

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首先在世界范圍內，科學家捕捉到了原子磁場的圖像，這為物質和物質在量子水平上相互作用的新方式打開了大門，并提供了量子現象的商業應用，如量子計算。
世界上最小的核磁共振成像機首次對原子的磁場進行成像。
韓國首爾梨花女子大學基礎科學研究所量子納米科學中心(QNS)的研究人員首次使用世界上最小的磁共振成像機捕捉單個原子的磁場。
QNS團隊的工作發表在本月的《自然物理學雜志》上，為在量子水平上與物質互動的新方式打開了大門，涵蓋了從基礎研究到量子現象的商業和工業應用，如激光、量子計算和醫學診斷。“我對這些結果感到非常興奮，”QNS主任安德烈亞斯海因里希教授說 ?！斑@無疑是我們這個領域的一個里程碑，對未來的研究具有非常有希望的意義 ?！?br /> 磁共振成像機器通過測量“自旋”的相對密度來工作，自旋是電子和質子之間磁力的來源。通常，核磁共振成像機需要數十億次這樣的旋轉來制作圖像，但宏觀層面的過程與單個原子的過程相同，因此記錄單個原子的磁場需要創建一種方法來檢測其他數十億人中的單個磁場。
為此，QNS科學家使用掃描隧道顯微鏡(STM)，其尖端像單個原子一樣鋒利，允許科學家在沿表面掃描時與單個原子相互作用。研究人員選擇將重點放在兩個原子上，尤其是鐵和鈦，這兩個原子都具有磁活性，并且因為它們被精確地放置在氧化鎂的表面，所以這些原子本身已經被通常使用STM的研究人員看到了。
為了探測原子的磁?。?科學家們將另一個磁性活躍的“自旋簇”連接到掃描隧道顯微鏡的金屬尖端，然后它們像以前一樣穿過原子。然而，現在研究人員可以記錄原子磁場的拉力或排斥力，就像通常使用的帶電磁體的相反或相似行為一樣，就像探測到STM尖端的自旋簇一樣。
這給了研究人員一個難以置信的詳細的三維視圖，他們通過的單個原子會產生磁場。更重要的是，鐵原子和鈦原子以不同的方式和不同的程度與針尖上的自旋團簇相互作用，這使得確定從與針尖上的自旋團簇的相互作用轉移的原子類型成為可能。STM.
“事實證明，我們測量的磁相互作用取決于兩個旋轉的特征，尖端和樣本，”第一作者菲利普威爾克博士說 ?！袄纾F原子的信號與鈦原子的信號非常不同。這使我們能夠通過磁場特征區分不同種類的原子，使我們的技術非常強大。”
研究人員希望他們的技術能夠在納米尺度上探索更復雜的結構，例如化合物中原子的自旋分布，或者允許精確控制磁性材料，例如現代磁存儲設備中使用的材料。這項研究的合著者裴宇正博士說：“許多磁現象都發生在納米尺度上，包括最新一代的磁存儲設備 ?，F在我們計劃用顯微鏡MRI研究各種系統 ?！?br /> 研究人員希望他們的技術甚至可以幫助控制和進一步開發用于通信或計算的量子系統，這是量子計算系統仍然沒有真正令人滿意的解決方案的一個主要問題。
【世界上最小的磁共振成像機捕捉單個原子的磁場圖像】這一解決方案是否屬于QNS團隊的新型磁共振成像技術還有待觀察，但它確實開辟了一條值得探索的新研究道路。海因里希說：“以前所未有的精度繪制自轉及其磁場的能力，使我們能夠深入了解物質結構，開辟新的基礎研究領域。