I ricercatori del Center for Quantum Nanoscience (QNS) all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) della Ewha Womans University hanno compiuto un importante passo avanti scientifico eseguendo la più piccola risonanza magnetica (MRI) al mondo. In una collaborazione internazionale con i colleghi degli Stati Uniti, Gli scienziati del QNS hanno usato la loro nuova tecnica per visualizzare il campo magnetico dei singoli atomi.

Le risonanze magnetiche vengono eseguite di routine negli ospedali come parte dell'imaging per la diagnostica. La risonanza magnetica rileva la densità degli spin, i magneti fondamentali negli elettroni e nei protoni, nel corpo umano. Tradizionalmente, miliardi di giri sono necessari per una risonanza magnetica. Le nuove scoperte, pubblicato oggi sulla rivista Fisica della natura , mostrano che questo processo è ora possibile anche per un singolo atomo su una superficie. Per fare questo, il team ha utilizzato un microscopio a scansione a effetto tunnel, che consiste in una punta di metallo atomicamente affilata che consente ai ricercatori di visualizzare e sondare singoli atomi scansionando la punta attraverso la superficie.

I due elementi che sono stati indagati in questo lavoro, ferro e titanio, sono entrambi magnetici. Attraverso una precisa preparazione del campione, gli atomi erano facilmente visibili al microscopio. I ricercatori hanno quindi utilizzato la punta del microscopio come una macchina per la risonanza magnetica per mappare il campo magnetico tridimensionale creato dagli atomi con una risoluzione senza precedenti. Per farlo, attaccarono un altro gruppo di spin alla punta metallica affilata del loro microscopio. Simile ai magneti di tutti i giorni, i due giri si attraggono o si respingono a seconda delle loro posizioni relative. Facendo scorrere il cluster di spin della punta sull'atomo in superficie, i ricercatori sono stati in grado di mappare l'interazione magnetica. L'autore principale Dr. Philip Willke di QNS afferma:"Si scopre che l'interazione magnetica che abbiamo misurato dipende dalle proprietà di entrambi gli spin, quello sulla punta e quello sul campione. Per esempio, il segnale che vediamo per gli atomi di ferro è molto diverso da quello per gli atomi di titanio. Questo ci permette di distinguere diversi tipi di atomi in base alla loro firma del campo magnetico, e rende la nostra tecnica molto potente."

I ricercatori intendono utilizzare la risonanza magnetica a singolo atomo per mappare la distribuzione dello spin in strutture più complesse come molecole e materiali magnetici. "Molti fenomeni magnetici avvengono su scala nanometrica, compresa la recente generazione di dispositivi di memorizzazione magnetici, " dice il dottor Yujeong Bae anche di QNS, un coautore in questo studio. "Ora abbiamo in programma di studiare una varietà di sistemi utilizzando la nostra risonanza magnetica microscopica". La capacità di analizzare la struttura magnetica su scala nanometrica può aiutare i ricercatori a sviluppare nuovi materiali e farmaci. Inoltre, il team di ricerca vuole utilizzare questo tipo di risonanza magnetica per caratterizzare e controllare i sistemi quantistici. Questi sono di grande interesse per futuri schemi di calcolo, noto anche come calcolo quantistico.

"Sono molto entusiasta di questi risultati. È sicuramente una pietra miliare nel nostro campo e ha implicazioni molto promettenti per la ricerca futura". afferma il prof. Andreas Heinrich, Direttore di QNS. "La capacità di mappare gli spin e i loro campi magnetici con una precisione prima inimmaginabile ci consente di acquisire una conoscenza più approfondita della struttura della materia e apre nuovi campi di ricerca di base".