2008年10月3日
钻石磁成像可以证明一个福音在材料科学、生物学、医学亚博网站下载亚博老虎机网登录
提供了一窥无穷小,物理学家发现了一种新奇的方式监视一些宇宙的最小的构建块。
他们的“相机”,描述了在本周《自然》杂志上,由一个特殊的“缺陷”钻石,可以操纵到敏感监测磁信号从单个电子和原子核附近放置。
新工作代表一个戏剧性的锐化的基本方法用于核磁共振(NMR)和磁共振成像(MRI),确定化学结构和图像在人类的身体通过扫描数十亿单个原子核的磁活动。新的钻石磁传感器可以使小说形式的成像,核磁共振量子空间分辨率的非侵入性自然,结婚可能受益领域从材料科学、自旋电子学、量子信息结构生物学,神经科学和生物医学。亚博网站下载亚博老虎机网登录
在其他应用程序中,一项新的研究可以同行内蛋白质,地图不可能的结构复杂的分子,密切观察显微镜下的生化过程的动力学,监控活动的神经回路,或使用单一的存储和处理信息的电子和原子核。作者所描述的这些应用程序的一些最近在一个单独的物理贡献9月14日在线发表在《自然》杂志上。
“虽然一些现有的磁场传感器有较高的敏感性,他们探测磁场在大量的空间,”米哈伊尔·d·鲁金说,物理学教授在哈佛大学艺术与科学学院。亚博老虎机网登录“优秀的敏感性和纳米尺度的空间分辨率的组合,我们将演示完全是独一无二的。潜在的可能是,它允许一个形象单一核单个分子。”
鲁金和领导的合作研究哈佛大学物理学家阿米尔Yacoby和罗纳德·l·Walsworth涉及科学家从哈佛史密森学会,麻省理工学院,匹兹堡大学的。
这项工作建立在去年发表的科学论文鲁金和同事亚博老虎机网登录。这篇论文报道,单个原子的碳13——占大约1.1%的天然金刚石可以通过操纵附近的一个单电子,反过来,来控制激光关注钻石晶格缺陷,氮取代原子的碳。这样激发使用光学和微波辐射使钻石缺陷的电子自旋作为一个非常敏感的磁探针与非凡的空间分辨率。
电子的自旋,或内在的角动量,就像一个小磁铁,提供为数不多的表面上检测到一个原子的位置的迹象。一个原子核也可以有一个旋转,而是因为原子核比电子重得多,它的磁场是小一千倍,使其更难被发现。
“我们的磁传感器是基于单个电子自旋与杂质或缺陷在一个小钻石晶体。我们设法将我们对量子信息物理的理解转化为一个非凡的测量仪器,“Yacoby说,哈佛大学的物理学教授。“钻石的纳米晶体包含这个特定类型的杂质可以放在一根针的尖端的微小探测器极其弱磁场,例如那些由电子的自旋或甚至一个原子核。”
2007年有效工作带来了未来技术的量子信息系统领域的固态材料在普通条件下;亚博网站下载当前的研究基础上,推进开发新的纳米磁传感器,可能产生重要的新影响成像的各种材料、生物化合物,和组织。亚博网站下载
“精密感应磁场的范围广泛的科学领域的最前沿——从纳米到bioimaging,“Walsworth说,在哈佛大学物理学高级讲师和高级史密森物理学家。亚博老虎机网登录“潜在的纳米金刚石磁传感器的应用程序包括检测个体在复杂生物分子电子和核自旋,和作为一个通用的量子磁头寻址和读出量子信息编码在一个电子或核自旋的记忆。”
伴随这项工作在最新一期的自然是来自斯图加特大学的科学家们报告他们获得第一个使用钻石磁传感器扫描图像。
“这是一个情况的总和两个贡献是大于他们的部分,“鲁金说。“在一起,他们真的启动一个新的研究领域。”
鲁金,Yacoby, Walsworth合作者本质上是Jeronimo迷宫,Sungkun香港,梁江埃姆雷Togan,亚历山大Zibrov,哈佛大学;保罗Stanwix史密森学会;乔纳森·霍奇斯在哈佛大学和麻省理工学院;雅各布·泰勒在麻省理工学院;号Gurudev达特在匹兹堡。这项工作是由美国国家科学基金会支持,国防高级研究计划局,帕卡德基金会和哈佛大学亚博老虎机网登录纳米中心的系统。