北京時間7月2日消息，隨著我們的設(shè)備尺寸越來越小，越來越復雜，用來制造它們的材料也越來越復雜。這意味著我們必須仔細地開發(fā)設(shè)計新材料。
北京時間7月2日消息，隨著我們的設(shè)備尺寸越來越小，越來越復雜，用來制造它們的材料也越來越復雜。這意味著我們必須仔細地開發(fā)設(shè)計新材料。
▲雖然并非是最漂亮的科學設(shè)備，這臺顯微鏡能夠利用磁共振技術(shù)對單個原子成像
不同的顯微技術(shù)，使科學家能夠看到細胞中的遺傳序列，原子力顯微鏡圖像的分辨率甚至能達到原子級別。但IBM阿爾馬登研究中心和首爾基礎(chǔ)科學研究院的科學家，已經(jīng)將成像技術(shù)向前推進了一步，開發(fā)出一種全新磁共振成像技術(shù)，能夠提供物質(zhì)前所未有的細節(jié)，甚至是樣品中單個原子的細節(jié)。
這一技術(shù)依賴于目前被廣泛應(yīng)用在醫(yī)院中的M.R.I(磁共振成像)的基本物理原理。
當醫(yī)生需要為患者檢查體內(nèi)是否有腫瘤、檢測腦功能或?qū)﹃P(guān)節(jié)成像時，他們需要用到龐大的M.R.I.設(shè)備——在人體周圍產(chǎn)生磁場。磁場會暫時破壞細胞中原子核內(nèi)旋轉(zhuǎn)的質(zhì)子的運動狀態(tài)，隨后發(fā)出的短暫的射頻能量脈沖使質(zhì)子垂直于脈沖旋轉(zhuǎn)。之后，質(zhì)子會恢復正常運動狀態(tài)，釋放能量——可以通過傳感器測量到并生成圖像。
IBM的物理學家克里斯托弗·魯茲(Christopher Lutz)表示，但是，為了收集足夠的診斷數(shù)據(jù)，醫(yī)院使用的M.R.I.設(shè)備必須掃描人體內(nèi)數(shù)以十億計的質(zhì)子。所以他和他的同事決定將M.R.I設(shè)備的威力，封裝在一種被稱作掃描式隧道顯微鏡的專用儀器的探針上，了解它是否可以對單個原子成像。
▲一個鈦原子的4張磁共振圖像，顯示了該原子不同強度的磁場
掃描式隧道顯微鏡的探針只有數(shù)個原子寬。它沿著樣品表面移動，可以獲取有關(guān)分子大小和構(gòu)成的詳細信息。
研究人員將磁化的鐵原子連接到探針上，使掃描式隧道顯微鏡和M.R.I.技術(shù)合二為一。
當磁化的探針掃過鐵和鈦的金屬薄片時，它向樣品施加磁場，破壞原子內(nèi)的電子(而非像傳統(tǒng)M.R.I.設(shè)備那樣破壞質(zhì)子)運動狀態(tài)。然后研究人員迅速開啟和關(guān)閉射頻脈沖，這樣電子就能發(fā)出可以用來成像的能量。這一成果星期一發(fā)表在《自然·物理學》雜志上。
位于紐約的先進科學研究中心M.R.I.核心實驗室主任杜克·謝林(A. Duke Shereen)表示，“這是一種非常了不起的成像技術(shù)。醫(yī)學M.R.I.設(shè)備可以很好地描述樣品特征，但尺寸沒有這么小。”
這種原子級別的M.R.I.設(shè)備提供超高分辨率，這意味著它可以將相鄰原子彼此區(qū)分開來，并根據(jù)它們的磁相互作用揭示哪些類型的原子是可以成像的。
魯茲表示，“這是設(shè)備小型化的終極方式。”他希望有朝一日這一新技術(shù)可以用來為量子計算機設(shè)計原子級信息儲存系統(tǒng)。
目前的晶體管有數(shù)千個原子寬，可以在計算機中存儲一位信息。控制單個原子的能力可以極大地提高計算能力，使研究人員能夠處理復雜的計算，例如預報天氣或利用人工智能診斷疾病。
在化合物中將原子從一個位置移動到另一個位置，也可以生成新物質(zhì)。
這一技術(shù)還可以幫助科學家研究蛋白質(zhì)折疊過程，開發(fā)新藥物。
魯茲稱，“我們現(xiàn)在可以看到以前看不到的東西，因此，我們可以用這項新技術(shù)測試新想法。”（霜葉）
