Mitmesugust

Maailma väikseim magnetresonantstomograaf hõivab ühe aatomi magnetvälja pildi

Maailma väikseim magnetresonantstomograaf hõivab ühe aatomi magnetvälja pildi

Esimeses maailmas on teadlased jäädvustanud aatomi magnetvälja pildi, avades teadlastele ja kvantnähtuste kommertsrakendustele, nagu kvantarvutus, ukse kvantitasandil ainega suhtlemiseks.

Maailma väikseim magnetresonantstomograaf kujutab esmakordselt aatomi magnetvälja

Lõuna-Koreas Soulis Ewha Womansi ülikoolis asuva Põhiteaduste Instituudi kvantnanoteaduste keskuse (QNS) teadlased on üksikute aatomite magnetväljade püüdmiseks kasutanud maailma väikseimat magnetresonantstomograafiat (MRI). esimest korda.

SEOTUD:KUI OHTLIK ON MRI-SKANNER?

Avaldatud sel kuul ajakirjas Loodusfüüsika, QNS-i meeskonna töö avab ukse täiesti uuele viisile suhelda ainega kvanttasandil, hõlmates kõike alates alusuuringutest kuni kvantnähtuste kaubanduslike ja tööstuslike rakendusteni, nagu laserid, kvantarvutus ja meditsiiniline diagnostika. "Olen nende tulemuste üle väga põnevil," ütles QNS-i direktor professor Andreas Heinrich. "See on kindlasti verstapost meie valdkonnas ja sellel on tulevaste uuringute jaoks väga paljutõotav mõju."

MRI-aparaadid töötavad elektronide ja prootonite vahelise magnetjõu allika "spinnide" suhtelise tiheduse mõõtmise abil. Tavaliselt vajavad MRI-aparaadid pildi tegemiseks palju miljardeid neid keerutusi, kuid protsess makrotasandil on sama mis ühe aatomi puhul, nii et ühe aatomi magnetvälja salvestamiseks on vaja luua viis ühe magnetvälja tuvastamiseks. miljardite teiste seas.

Selleks kasutasid QNS-i teadlased skaneerivat tunnelimikroskoopi (STM), mille ots on sama terav kui üksik aatom ja mis võimaldab teadlastel pinna skaneerimisel suhelda üksikute aatomitega. Teadlased otsustasid keskenduda eelkõige kahele aatomile, rauale ja titaanile, mis on mõlemad magnetiliselt aktiivsed ja tänu täpsele paigutusele magneesiumoksiidi pinnale olid aatomid ise STM-i kasutavatele teadlastele juba nähtavad.

Aatomite magnetväljade tuvastamiseks kinnitasid teadlased STM-i metalli otsa külge veel ühe magnetiliselt aktiivse „spin-klastri“, mille nad seejärel aatomite kohal läbisid nagu varem. Nüüd võiksid teadlased siiski registreerida aatomi magnetvälja tõmbe või tõrje, täpselt nii, nagu käituvad tavaliselt vastupidise või sarnase laenguga magnetid, nagu STM-i otsas olev spin-klaster on tuvastanud.

See andis teadlastele uskumatult üksikasjaliku 3D-vaate magnetväljast, mida tekitab üks aatom, millest nad möödusid. Veelgi enam, raua aatomid ja titaani aatomid suhtlesid tipu pöörlemiskobaraga iseloomulikult erineval viisil ja erineval määral, mis võimaldas kindlaks määrata ülekantava aatomi tüübi selle vastastikmõjus ketrusklastriga. STM.

"Selgub, et magnetiline vastasmõju, mida me mõõtsime, sõltub mõlema keerutuse omadustest, nii otsas kui ka proovis," ütles juhtiv autor dr Philip Willke. "Näiteks signaal, mida me näeme raua aatomite puhul, erineb oluliselt titaan aatomite signaalist. See võimaldab meil eristada erinevaid aatomeid nende magnetvälja allkirja järgi ja muudab meie tehnika väga võimsaks."

Teadlased loodavad, et nende tehnika võimaldab uurida nanoskaalas veelgi keerukamaid struktuure, näiteks aatomite spinni jaotumist keemilistes ühendites või võimaldada magnetmaterjali täpset juhtimist, näiteks seda, mida kasutavad kaasaegsed magnetilised salvestusseadmed. "Nanoskaalas leiab aset palju magnetilisi nähtusi, sealhulgas hiljutise põlvkonna magnetilisi salvestusseadmeid," ütles uuringu kaasautor dr Yujeong Bae. "Nüüd plaanime oma mikroskoopilise MRI abil uurida mitmesuguseid süsteeme."

Teadlased loodavad, et nende tehnika võib isegi aidata juhtida ja edasi arendada side- või arvutustehnika kvantsüsteeme, mis on olnud kvantarvutussüsteemide jaoks suur probleem ja millel pole veel tegelikku rahuldavat lahendust.

Kas see lahendus peitub QNS-i meeskonna uues MRI-tehnikas, tuleb veel selgitada, kuid kindlasti avab see uue uurimistee, mida tasub uurida. "Võimalus pöördeid ja nende magnetvälja varem kujuteldamatu täpsusega kaardistada võimaldab meil omandada sügavamaid teadmisi aine struktuurist ja avab uusi alusuuringute valdkondi," ütles Heinrich.


Vaata videot: Koolitades maailma. Schooling the World Estonian subtitles (Mai 2021).