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세계에서 가장 작은 MRI 장비로 단일 원자의 자기장 이미지 캡처

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세계 최초의 과학자들은 원자의 자기장 이미지를 캡처하여 양자 컴퓨팅과 같은 양자 현상의 상업적 응용 및 연구원을 위해 양자 수준에서 물질과 상호 작용하는 새로운 방법의 문을 열었습니다.

세계에서 가장 작은 MRI 장비로 원자의 자기장을 처음으로 촬영

서울 이화 여자 대학교 기초 과학 연구소 양자 나노 과학 센터 (QNS) 연구원들은 세계에서 가장 작은 자기 공명 영상 (MRI) 기계를 사용하여 개별 원자의 자기장을 포착했다. 처음으로.

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이번 달 저널에 게재 자연 물리학, QNS 팀의 작업은 양자 수준에서 물질과 상호 작용하는 완전히 새로운 방식의 문을 열어 레이저, 양자 컴퓨팅 및 의료 진단과 같은 기본 연구에서 양자 현상의 상업 및 산업 응용에 이르기까지 모든 것을 의미합니다. QNS 이사 인 Andreas Heinrich 교수는 "이러한 결과에 대해 매우 기쁩니다. 이것은 확실히 우리 분야의 이정표이며 미래 연구에 매우 유망한 영향을 미칩니다"라고 말했습니다.

MRI 기계는 전자와 양성자 사이의 자기력의 원천 인 '스핀'의 상대 밀도를 측정하여 작동합니다. 일반적으로 MRI 기계는 이미지를 만들기 위해 수십억 개의 이러한 스핀이 필요하지만 매크로 수준의 프로세스는 단일 원자의 경우와 동일하므로 단일 원자의 자기장을 기록하려면 단일 자기장을 감지하는 방법을 만들어야합니다. 수십억 명 중에서.

이를 위해 QNS 과학자들은 끝이 단일 원자만큼 날카 롭고 과학자들이 표면을 따라 스캔 할 때 개별 원자와 상호 작용할 수있는 주사 터널링 현미경 (STM)을 사용했습니다. 연구진은 자기 적으로 활성이있는 두 원자, 특히 철과 티타늄에 초점을 맞추기로 결정했으며, 산화 마그네슘 표면에 정밀하게 배치 되었기 때문에 원자 자체는 STM을 정상적으로 사용하는 연구자들에게 이미 가시화되었습니다.

원자의 자기장을 감지하기 위해 과학자들은 또 다른 자기 활성 '스핀 클러스터'를 STM의 금속 팁에 부착 한 다음 이전과 같이 원자 위로 통과했습니다. 그러나 이제 연구원들은 원자의 자기장의 당기거나 반발을 기록 할 수 있었는데, 이는 STM 팁의 스핀 클러스터에 의해 감지 된 바와 같이 일반적으로 사용되는 반대 전하 또는 유사한 전하의 자석이 거동하는 방식과 정확히 동일합니다.

그렇게함으로써 연구자들은 그들이 지나가는 단일 원자에 의해 생성되는 자기장에 대한 믿을 수 없을 정도로 상세한 3D 뷰를 제공했습니다. 또한 철 원자와 티타늄 원자는 팁의 스핀 클러스터와 특징적으로 다른 방식으로 서로 다른 각도로 상호 작용하여 팁의 스핀 클러스터와의 상호 작용에서 전달되는 원자의 유형을 결정할 수 있습니다. STM.

"우리가 측정 한 자기 상호 작용은 팁과 샘플에있는 스핀의 특성에 따라 달라집니다."라고 수석 저자 인 Philip Willke 박사가 말했습니다. 예를 들어, 우리가 철 원자에 대해 보는 신호는 티타늄 원자에 대한 신호와 크게 다릅니다. 이것은 우리가 자기장 시그니처로 서로 다른 종류의 원자를 구별 할 수있게하여 우리의 기술을 매우 강력하게 만듭니다.”

연구원들은 그들의 기술이 화학 화합물 내 원자의 스핀 분포와 같은 나노 규모의 훨씬 더 복잡한 구조를 탐색 할 수있게 해주거나 현대 자기 저장 장치에서 사용되는 것과 같은 자성 물질의 정밀 제어를 허용 할 수 있기를 희망합니다. 연구 공동 저자 배유정 박사는 "최근 세대의 자기 저장 장치를 포함하여 많은 자기 현상이 나노 스케일에서 발생한다"며 "이제 현미경 MRI를 사용하여 다양한 시스템을 연구 할 계획"이라고 말했다.

연구원들은 그들의 기술이 통신이나 컴퓨팅의 양자 시스템을 제어하고 발전시키는 데 도움이 될 수 있기를 희망합니다. 이는 여전히 실제적이고 만족스러운 해결책이없는 양자 컴퓨팅 시스템의 주요 문제였습니다.

그 해결책이 QNS 팀의 새로운 MRI 기술에 있는지 여부는 아직 밝혀지지 않았지만 확실히 탐구 할 가치가있는 새로운 연구의 길을 열어줍니다. Heinrich는“이전에 상상할 수 없었던 정밀도로 스핀과 자기장을 매핑 할 수있는 능력을 통해 물질 구조에 대한 더 깊은 지식을 얻을 수 있고 새로운 기초 연구 분야를 열 수 있습니다.


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코멘트:

  1. Vikora

    진지하게!

  2. Gillermo

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  3. Gukasa

    축하합니다, 훌륭한 대답.

  4. Aleron

    당신은 잘못. 나는 그것을 증명할 수있다. 오후에 저에게 편지를 보내 드리겠습니다.

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