2004年7月19日
IBM科学家通过直接检测埋在实心样品内的单个电子中的微弱磁信号来实现了纳米级磁共振成像（MRI）的突破。
这项成就是创建显微镜的主要里程碑，该显微镜可以用原子分辨率制作三维分子图像。这项任务的成功应该对材料的研究产生重大影响 - 从蛋白质和药物到综合电路和工业催化剂 - 对原子结构的详细理解至关重要。亚博网站下载例如，了解特定原子在微小的纳米电子结构中的确切位置将增强设计师对其制造和性能的见解。直接成像蛋白质的详细原子结构的能力将有助于开发新药。
加利福尼亚州圣何塞IBM的Almaden研究中心的纳米级研究经理丹尼尔·鲁加尔（Daniel Rugar）说：“在整个历史上，更清楚地看到物质的能力始终使新发现和见解能够引起重要的新发现和见解。”“这种新的能力最终应导致纳米技术和生物学方面的基本进步。”
鲁加（Rugar）领导了科学家团队，他们十多年来一直在纳米级MRI方法中取得开拓性的进步，称为磁共振力显微镜（MRFM）。与用来可视化人体器官的医疗MRI设备相比，他的团队提高了MRI敏感性约1000万倍。提高的灵敏度将MRI扩展到纳米域。（纳米表是十亿米，长度大约为5-10个原子。）
IBM研究在开发纳米级成像和科学显微镜方面具有杰出的历史。亚博老虎机网登录IBM苏黎世研究实验室的Gerd Binnig和Heinrich Rohrer因其发明了扫描隧道显微镜的发明，因此获得了1986年诺贝尔物理学奖，该隧道显微镜可以在电动传导表面上成像单个原子。Binnig后来发明了原子力显微镜（AFM），该显微镜使用了悬臂和表面特征之间的吸引力。IBM和其他地方的科学家对AFM设计进行了修改并扩展到图像表面力，例如磁性，摩擦和静电吸引力，并通过纳米分辨率进行了。MRFM结合了来自AFM和MRI的概念，以允许纳米分辨率分辨出样品内最多100纳米的特征。
Rugar，John Mamin，Raffi Budakian和Benjamain Chui的IBM团队在7月15日的《科学杂志自然》中发表了单电子。这项研究部分由国防高级研究项目局资助。
技术细节
MRFM的核心特征是微型硅“ MicroCantilever”，看起来像是一个微型潜水板，比人的头发薄1000倍。它以每秒约5,000次的频率振动，并连接到悬臂尖端是一个微小但功能强大的磁性粒子。
分离的（“未配对”）电子和许多原子核的行为就像是小磁铁。这些磁性的基本单位通常称为“旋转”。正如两个棒磁铁可以吸引或排斥一样，MRFM的磁性尖端被样品中的旋转吸引或排斥。通过将振荡的高频磁场调整为要成像的旋转的自然进动频率，随着悬臂振动的振动，其磁取向来回翻转。尽管磁性尖端和旋转之间的磁力非常小（小于一百万磅的一百万英镑），但悬臂非常敏感，以至于自旋的翻转导致悬臂振动频率的可检测变化。
虽然医疗MRI查看至少1万亿质子自旋的组，但IBM研究人员刚刚检测到单个电子自旋的极度淡淡信号。研究人员还显示出具有25纳米分辨率的基本（一维）成像，比最佳常规MRI基于MRI的显微镜好40倍。
Rugar的未来研究旨在进一步提高MRFM技术的敏感性，分辨率和速度，因此它可以检测单个质子和其他核（例如碳13），可用于揭示分子结构。（单电子的磁信号比单个质子强的600倍。）
将MRFM应用于蛋白质结构将特别深远。大蛋白分子的生物学活性取决于其错综复杂的原子构型。但是，由于目前无法直接确定这种结构，因此科学家必须使用间接方法，例如通过结晶蛋白或计算机模拟X射线散射。先进的MRFM也可以作为未来基于自旋的量子计算机中的量子信息的检测器。
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