La máquina de IRM más pequeña del mundo ha capturado el campo magnético de un solo átomo  

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Los investigadores del Centro de Nanociencia Cuántica (QNS) dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) de la Universidad Ewha Womans han logrado un gran avance científico al realizar la imagen por resonancia magnética (IRM) más pequeña del mundo. En una colaboración internacional con colegas de los EE. UU., los científicos del QNS utilizaron su nueva técnica para visualizar el campo magnético de átomos individuales.
 

Las IRM se realizan de forma rutinaria en los hospitales como parte de las imágenes para el diagnóstico. Las resonancias magnéticas detectan la densidad de los espines en el cuerpo humano. Tradicionalmente, se requieren miles de millones de espines para una resonancia magnética. Los nuevos hallazgos, publicados hoy en la revista Nature Physics, muestran que este proceso ahora también es posible para un átomo individual en una superficie. Para hacer esto, el equipo usó un microscopio de efecto túnel, que consiste en una punta metálica afilada atómicamente que permite a los investigadores obtener imágenes y sondear átomos individuales mediante la exploración de la punta a través de la superficie.

Los dos elementos que se investigaron en este trabajo, el hierro y el titanio, son ambos magnéticos. A través de la preparación precisa de la muestra, los átomos eran fácilmente detectables en el microscopio. Luego, los investigadores utilizaron la punta del microscopio como una máquina de MRI para mapear el campo magnético tridimensional creado por los átomos con una resolución sin precedentes. Para hacerlo, conectaron otro grupo de espines a la punta de metal afilada de su microscopio. Al igual que los imanes comunes, los dos espines se atraen o se repelen entre sí según sus posiciones relativas. Al barrer el grupo de espín de la punta sobre el átomo en la superficie, los investigadores pudieron trazar la interacción magnética. De acuerdo al autor principal, el Dr. Philip Willke, la interacción magnética que se midió depende de las propiedades de ambos espines, el de la punta y el de la muestra. Por ejemplo, la señal que se observa en el hierro es muy diferente que la de titanio. Esto permite distinguir diferentes tipos de átomos por su firma de campo magnético, y hace que nuestra técnica sea muy poderosa.

 

Interacciones del campo magnético entre el átomo y el instrumento. (Wilke et al., Nature Physics, 2019)
 

Los investigadores planean usar su MRI de un solo átomo para mapear la distribución de espín en estructuras más complejas como moléculas y materiales magnéticos. «Muchos fenómenos magnéticos ocurren en la nanoescala, incluida la reciente generación de dispositivos de almacenamiento magnético», dice el Dr. Yujeong Bae, también de QNS, coautor de este estudio. «Ahora planeamos estudiar una variedad de sistemas utilizando nuestra resonancia magnética microscópica». La capacidad de analizar la estructura magnética en la nanoescala puede ayudar a los investigadores a desarrollar nuevos materiales y medicamentos. Además, el equipo de investigación desea utilizar este tipo de MRI para caracterizar y controlar los sistemas cuánticos. Estos son de gran interés para futuros esquemas de computación, también conocidos como computación cuántica.

 «Estoy muy entusiasmado con estos resultados. Sin duda, es un hito en nuestro campo y tiene implicaciones muy prometedoras para futuras investigaciones». dice el profesor Andreas Heinrich, Director de QNS. «La capacidad de mapear giros y sus campos magnéticos con una precisión inimaginable previamente nos permite obtener un conocimiento más profundo sobre la estructura de la materia y abre nuevos campos de investigación básica».

Fuente: Science Alert.

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