Miscellaneous

Mesin MRI Terkecil di Dunia Menangkap Gambar Medan Magnet dari Atom Tunggal

Mesin MRI Terkecil di Dunia Menangkap Gambar Medan Magnet dari Atom Tunggal

Pertama di dunia, para ilmuwan telah menangkap gambar medan magnet atom, membuka pintu ke cara-cara baru untuk berinteraksi dengan materi pada tingkat kuantum untuk peneliti dan aplikasi komersial fenomena kuantum, seperti komputasi kuantum.

Mesin MRI Terkecil di Dunia Mencitrakan Medan Magnet Atom untuk Pertama Kalinya

Para peneliti di Center for Quantum Nanoscience (QNS) di Institute for Basic Science, bagian dari Ewha Womans University di Seoul, Korea Selatan, telah menggunakan mesin magnetic resonance imaging (MRI) terkecil di dunia untuk menangkap medan magnet masing-masing atom. untuk pertama kalinya.

TERKAIT:BERAPA BERBAHAYA ITU PEMINDAI MRI?

Diterbitkan bulan ini di jurnal Fisika Alam, pekerjaan tim QNS membuka pintu ke cara baru untuk berinteraksi dengan materi pada tingkat kuantum, yang melibatkan segala hal mulai dari penelitian dasar hingga aplikasi komersial dan industri dari fenomena kuantum, seperti laser, komputasi kuantum, dan diagnostik medis. “Saya sangat senang dengan hasil ini," kata Profesor Andreas Heinrich, direktur QNS. "Ini tentu saja merupakan pencapaian penting dalam bidang kami dan memiliki implikasi yang sangat menjanjikan untuk penelitian di masa depan.”

Mesin MRI bekerja dengan mengukur kerapatan relatif 'spin', sumber gaya magnet antara elektron dan proton. Biasanya, mesin MRI membutuhkan miliaran putaran ini untuk membuat gambar, tetapi proses pada tingkat makro sama dengan untuk satu atom, jadi merekam medan magnet dari satu atom membutuhkan pembuatan cara untuk mendeteksi satu medan magnet. di antara miliaran lainnya.

Untuk melakukan ini, para ilmuwan QNS menggunakan scanning tunneling microscope (STM), yang ujungnya setajam atom tunggal dan memungkinkan para ilmuwan untuk berinteraksi dengan atom individu saat mereka memindai di sepanjang permukaan. Para peneliti memilih untuk fokus pada dua atom khususnya, besi dan titanium, yang keduanya aktif secara magnetis dan berkat penempatan presisi mereka pada permukaan magnesium oksida, atom itu sendiri sudah terlihat oleh para peneliti menggunakan STM seperti biasa.

Untuk mendeteksi medan magnet atom, para ilmuwan memasang 'spin cluster' lain yang aktif secara magnetis ke ujung logam STM, yang kemudian mereka lewati atom seperti sebelumnya. Sekarang, bagaimanapun, para peneliti dapat merekam tarikan atau tolakan medan magnet atom, persis seperti yang biasa digunakan magnet berlawanan atau muatan serupa berperilaku, seperti yang dideteksi oleh spin cluster di ujung STM.

Dengan melakukan itu, para peneliti mendapatkan tampilan 3D medan magnet yang sangat detail dan dihasilkan oleh atom tunggal yang mereka lewati. Terlebih lagi, atom besi dan atom titanium berinteraksi dengan spin cluster di ujung dengan cara yang berbeda dan derajat yang berbeda, sehingga memungkinkan untuk menentukan jenis atom yang dilewatkan dari interaksinya dengan spin cluster di ujung STM.

"Ternyata interaksi magnetik yang kami ukur bergantung pada sifat dari kedua putaran, yang ada di ujung dan yang ada di sampel," kata penulis utama Dr. Philip Willke. "Misalnya, sinyal yang kami lihat untuk atom besi sangat berbeda dengan sinyal untuk atom titanium. Hal ini memungkinkan kami untuk membedakan jenis atom yang berbeda dengan tanda medan magnetnya dan membuat teknik kami sangat kuat."

Para peneliti berharap bahwa teknik mereka akan memungkinkan untuk mengeksplorasi struktur yang lebih kompleks pada skala nano, seperti distribusi spin atom dalam senyawa kimia atau memungkinkan kontrol presisi bahan magnet seperti yang digunakan oleh perangkat penyimpanan magnet modern. "Banyak fenomena magnet terjadi pada skala nano, termasuk generasi terbaru perangkat penyimpanan magnet," kata rekan penulis studi Dr. Yujeong Bae. "Kami sekarang berencana untuk mempelajari berbagai sistem menggunakan MRI mikroskopis kami."

Para peneliti berharap bahwa teknik mereka bahkan dapat membantu mengendalikan dan mengembangkan lebih lanjut sistem komunikasi atau komputasi kuantum, sesuatu yang telah menjadi masalah utama bagi sistem komputasi kuantum yang masih belum memiliki solusi yang nyata dan memuaskan.

Apakah solusi itu terletak pada teknik MRI baru tim QNS masih harus dilihat, tetapi tentu saja ini membuka jalan baru penelitian yang perlu ditelusuri. “Kemampuan untuk memetakan putaran dan medan magnetnya dengan ketepatan yang sebelumnya tak terbayangkan memungkinkan kita untuk mendapatkan pengetahuan yang lebih dalam tentang struktur materi dan membuka bidang baru penelitian dasar,” kata Heinrich.


Tonton videonya: Penemuan Terbaru! 5 Eksperimen Sains Paling Amazing Dengan Magnet (Januari 2022).