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小发猫利用磁共振对单个原子成像,未来用于量子计算机

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北京时间7月2日消息,随着我们的设备尺寸变得越来越小,越来越复杂,用于制造它们的材料越来越复杂。这意味着我们必须仔细开发新的设计材料。

▲虽然它不是最美丽的科学设备,但这种显微镜可以使用磁共振技术成像单个原子

不同的显微镜技术使科学家能够看到细胞中的基因序列,AFM图像的分辨率甚至可以达到原子水平。但小发猫Almaden研究中心和首尔基础科学研究所的科学家们已经将成像技术向前推进了一步,并开发了一种新的磁共振成像技术,该技术提供了物质中前所未有的细节,甚至是样品中的单个原子。详情。

该技术依赖于M.R.I(磁共振成像)的基本物理原理,其目前在医院中广泛使用。

当医生需要检查患者的肿瘤,检测脑功能或图像关节时,他们需要使用大的M.R.I.器件在身体周围产生磁场。磁场暂时破坏在细胞核中旋转的质子的运动,并且发射短脉冲的RF能量以使质子垂直于脉冲旋转。之后,质子将恢复正常运动并释放能量。可以由传感器测量和生成。

然而,小发猫物理学家Christopher Lutz说,为了收集足够的诊断数据,M.R.I。医院使用的设备必须扫描人体内数十亿个质子。因此,他和他的同事决定将M.R.I设备的功能封装在称为扫描隧道显微镜的探头上,看它是否可以成像单个原子。

?4钛原子的磁共振图像,显示不同强度的原子磁场

扫描隧道显微镜的探针只有几个原子宽。它沿着样品表面移动,以获得有关分子大小和组成的详细信息。

研究人员将磁化的铁原子连接到探针上,将扫描隧道显微镜与核磁共振技术相结合。

当磁化探针扫过铁片和钛片时,它向样品施加磁场,破坏原子内电子的状态(而不是像传统核磁共振装置那样破坏质子)。研究人员随后迅速打开和关闭射频脉冲,以便电子能够发射出可用于成像的能量。这一成果周一发表在了《自然物理学》杂志上。

纽约先进科学中心核磁共振核心实验室主任A.杜克谢琳说:“这是一项令人惊叹的成像技术。医学磁共振成像设备能很好地描述样本特征,但不能描述样本大小。太小了。”

这种原子级核磁共振装置提供超高分辨率,这意味着它可以区分相邻原子,并根据它们之间的磁相互作用揭示哪些类型的原子是可成像的。

卢茨说:“这是使设备小型化的最终途径。”他希望有一天这项新技术能被用于为量子计算机设计原子级信息存储系统。

目前的晶体管有数千个原子宽,可以在计算机中存储一位信息。控制单个原子的能力可以大大提高计算能力,使研究人员能够处理复杂的计算,如预测天气或使用人工智能诊断疾病。

在化合物中,原子从一个位置移动到另一个位置也能产生新的物质。

这项技术还可以帮助科学家研究蛋白质折叠过程和开发新药。

Lutz说:“我们现在可以看到以前看不到的东西,所以我们可以用这种新技术来测试新想法。”