物理学家用核磁共振扫描单个原子

2022-02-23 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:314 /
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来自基础科学研究所、Ewha Womans大学和IBM Almaden研究中心的一组实验物理学家进行了世界上最小的磁共振成像(MRI)来可视化单个原子的磁场。研究结果发表在《自然物理》杂志上。单个磁性原子沉积在氧化镁表面;它们由扫描隧道显微镜的磁性尖端成像,研究人员可以对原子的磁......

来自基础科学研究所、Ewha Womans大学和IBM Almaden研究中心的一组实验物理学家进行了世界上最小的磁共振成像(MRI)来可视化单个原子的磁场。研究结果发表在《自然物理》杂志上。

Single magnetic atoms are deposited on a surface of magnesium oxide; they are imaged by the magnetic tip of a scanning tunneling microscope which allows researchers to perform an MRI scan of the atom’s magnetic field. Image credit: Willke et al.

单个磁性原子沉积在氧化镁表面;它们由扫描隧道显微镜的磁性尖端成像,研究人员可以对原子的磁场进行核磁共振扫描。影像学分:Willke等。

该研究的第一作者菲利普·威尔克博士说:“如今,核磁共振成像作为诊断成像的一部分,在医院里已经司空见惯了。

“核磁共振检测自旋的密度& # 8212;电子和质子中的基本磁体& # 8212;在人体内。传统上,核磁共振扫描需要数十亿次旋转。”

"我们表明,对于表面上的单个原子,这个过程也是可能的."

威尔克博士和他的同事将扫描隧道显微镜和电子自旋共振结合起来,对单原子自旋中心进行核磁共振扫描。

他们解释说:“我们使用了扫描隧道显微镜,它由原子级锋利的金属尖端组成,研究人员可以通过在表面扫描尖端来成像和探测单个原子。

“在这项工作中研究的两种元素,铁和钛,都是磁性的。通过样品的精确制备,原子在显微镜下很容易看到。”

MRI scans on top of a titanium atom taken at different energies; the bright areas mark positions where the atom’s magnetic field is the same. Image credit: Willke et al.

在不同能量下拍摄的钛原子顶部的核磁共振扫描;亮区表示原子磁场相同的位置。影像学分:Willke等。

物理学家们像核磁共振成像机一样使用显微镜的尖端,以前所未有的分辨率绘制出原子产生的三维磁场。

他们说:“为了做到这一点,我们将另一个自旋簇附着在他们显微镜的尖锐金属尖上。

"类似于日常磁铁,这两种自旋会根据它们的相对位置相互吸引或排斥."

通过扫描表面原子上的尖端自旋簇,研究人员能够绘制出磁相互作用。

“事实证明,我们测量的磁相互作用取决于两个自旋的性质,一个在针尖上,一个在样品上,”Willke博士说。

“例如,我们看到的铁原子的信号与钛原子的信号大不相同。这使我们能够通过磁场特征来区分不同种类的原子,并使我们的技术非常强大。”

该团队现在计划使用单原子磁共振成像来绘制分子和磁性材料等更复杂结构中的自旋分布。

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菲利普·威尔克等,表面单原子的磁共振成像。《自然物理》,2019年7月1日在线出版;doi:10.1038/s 14567-019-0573-x


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