2004年7月19日
IBM科学家们在纳米级磁共振成像(MRI)方面取得了突破，他们直接探测到固体样品中单个电子发出的微弱磁信号。
这一成就是一个重要的里程碑，因为它可以创造出具有原子分辨率的分子三维图像的显微镜。这一探索的成功将对材料研究产生重大影响，从蛋白质和药物到集成电路和工业催化剂，对原子结构的详细了解至关重要。欧洲杯足球竞彩例如，知道在微小的纳米电子结构中特定原子的确切位置，将增强设计师对其制造和性能的洞察力。直接成像蛋白质的详细原子结构的能力将有助于新药的开发。
“纵观历史，更清晰地观察物质的能力总是促成重要的新发现和新见解，”位于加州圣何塞的IBM阿尔马登研究中心的纳米级研究经理丹尼尔·鲁格说。“这种新能力最终将导致纳米技术和生物学的根本性进步。”
Rugar领导的科学家团队在过去十多年里，在被称为磁共振力显微镜(MRFM)的纳米级MRI方法上取得了开创性的进展。他的团队将磁共振成像的灵敏度提高了1000万倍，这是用于观察人体器官的医疗磁共振成像设备的灵敏度。提高的灵敏度将MRI扩展到纳米领域。(一纳米是十亿分之一米，大约有5-10个原子跨度。)
IBM研究在开发用于纳米级成像和科学的显微镜方面有着卓越的历史。欧洲杯线上买球IBM苏黎世研究实验室的格尔德•宾尼格和海因里希•罗勒因发明扫描隧道显微镜而获得1986年诺贝尔物理学奖，该显微镜可以在导电表面上对单个原子成像。宾尼后来发明了原子力显微镜(AFM)，它利用了悬臂和非导电表面表面特征之间的吸引力。IBM和其他公司的科学家修改并扩展了AFM的设计，以纳米分辨率成像表面力，如磁性、摩擦和静电引力。MRFM结合了AFM和MRI的概念，允许在样品内部深度达100纳米的特征达到纳米分辨率。
IBM团队的Rugar, John Mamin, Raffi Budakian和Benjamain Chui在7月15日的《自然》科学杂志上发表了他们的单电子研究结果。这项研究部分由美国国防高级研究计划局资助。
技术细节
MRFM的核心特征是一个微小的硅“微悬臂”，它看起来像一个微型跳板，比人的头发还要薄1000倍。它以每秒约5000次的频率振动，悬臂顶端附着着一个微小但强大的磁性粒子。
孤立的(“未成对的”)电子和许多原子核的行为就像微小的条形磁铁。这些磁性的基本单位通常被称为“自旋”。就像两个棒状磁铁可以相互吸引或排斥一样，MRFM的磁头也会被样品中的自旋吸引或排斥。通过将振荡高频磁场调谐到自旋成像的自然进动频率，当悬臂振动时，其磁性方向来回翻转。尽管磁尖和自旋之间的磁力非常小(不到一磅的百万分之一万亿分之一)，但悬臂非常敏感，自旋的翻转会导致悬臂振动频率的可检测变化。
当医学核磁共振成像观察至少1万亿质子自旋组时，IBM的研究人员刚刚检测到单个电子自旋的微弱信号。研究人员还展示了25纳米分辨率的基本(一维)成像，比最好的基于核磁共振的传统显微镜高出约40倍。
Rugar未来的研究目标是进一步提高MRFM技术的灵敏度、分辨率和速度，使其能够探测单个质子和其他原子核，如碳-13，这些原子核可以用来揭示分子结构。(单个电子的磁信号比单个质子的磁信号强约600倍。)
将MRFM应用于蛋白质结构将具有特别深远的意义。一个大的蛋白质分子的生物活性是由其复杂折叠的原子结构决定的。但由于这种结构目前还不可能直接确定，科学家必须使用间接的方法，如晶体蛋白质的x射线散射，或计算机模拟。在未来基于自旋的量子计算机中，先进的MRFMs还可以作为量子信息的探测器。
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