科學家對單個原子實現核磁共振成像

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【大紀元2019年07月09日訊】(大紀元記者張妮編譯)結合顯微鏡和核磁共振(MRI)技術,科學家實現了世界上最微型的核磁共振掃瞄——對單個原子成像。研究者表示,這是一項巨大的突破,「能看到以前看不到的東西,其用途有充分的想像空間」。

醫院使用的核磁共振掃瞄儀向人體施加強大的磁場改變體內原子核內質子的轉向,之後再施加瞬時射頻電流向質子施壓,在質子返回其常態的過程用感應器測量其釋放的能量,並繪製成像。

為得到足夠的診斷數據,醫院使用的MRI必須掃瞄人體內數十億個質子。研究者之一IBM的物理學家Christopher Lutz告訴《紐約時報》,他們的研究組想到,把MRI機器的威力縮小到一個名為「掃瞄隧道顯微鏡」(STM,scanning tunneling microscope)的儀器上,也許可以為單個原子成像。

這種顯微鏡的尖端只有幾個原子寬。研究者在尖端附上磁化的鐵原子,相當於把這種顯微鏡和核磁共振技術結合起來。

當顯微鏡尖端在鐵和鈦金屬表面劃過時,金屬樣本被施加磁場,樣本內部電子受到擾動(常規MRI儀器則是作用於宏觀對像體内的質子)。研究者再施加一個瞬間無線電脈衝,測量電子釋放的能量。

研究者表示,這種技術能分辨原子的類型,「比如,我們看到鐵原子的信號就和鈦原子的很不同。這項技術可以從不同的磁場特性分辨原子的種類,這很有用。」

對於如此微觀的科技,研究者說他們有遠大的計劃——不僅可以分辨單個原子,還可以洞察大一些的粒子,如分子的特性。這對研究蛋白折疊、藥物開發都有潛在用途;除此之外,還能實現對量子系統的控制。

這項研究由美國和韓國科學家合作完成,近期發表在《自然.物理》(Nature Physics)期刊上。◇

責任編輯:朱涵儒

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