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科学家对单个原子实现核磁共振成像

2019年7月9日7:02 环球解密

    结合显微镜和核磁共振(MRI)技术,科学家实现了世界上最微型的核磁共振扫描——对单个原子成像。研究者表示,这是一项巨大的突破,“能看到以前看不到的东西,其用途有充分的想象空间”。


    通过将核磁共振技术与扫描隧道显微镜相结合,研究者拍摄到了单个钛原子的图像及其产生的微观磁场。


    医院使用的核磁共振扫描仪向人体施加强大的磁场改变体内原子核内质子的转向,之后再施加瞬时射频电流向质子施压,在质子返回其常态的过程用感应器测量其释放的能量,并绘制成像。

    为得到足够的诊断数据,医院使用的MRI必须扫描人体内数十亿个质子。研究者之一IBM的物理学家Christopher Lutz告诉《纽约时报》,他们的研究组想到,把MRI机器的威力缩小到一个名为“扫描隧道显微镜”(STM,scanning tunneling microscope)的仪器上,也许可以为单个原子成像。

    这种显微镜的尖端只有几个原子宽。研究者在尖端附上磁化的铁原子,相当于把这种显微镜和核磁共振技术结合起来。

    当显微镜尖端在铁和钛金属表面划过时,金属样本被施加磁场,样本内部电子受到扰动(常规MRI仪器则是作用于宏观对像体内的质子)。研究者再施加一个瞬间无线电脉冲,测量电子释放的能量。

    研究者表示,这种技术能分辨原子的类型,“比如,我们看到铁原子的信号就和钛原子的很不同。这项技术可以从不同的磁场特性分辨原子的种类,这很有用。”

    对于如此微观的科技,研究者说他们有远大的计划——不仅可以分辨单个原子,还可以洞察大一些的粒子,如分子的特性。这对研究蛋白折叠、药物开发都有潜在用途;除此之外,还能实现对量子系统的控制。

    这项研究由美国和韩国科学家合作完成,近期发表在《自然.物理》(Nature Physics)期刊上。

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