Vědci IBM dosáhli průlomu v nanometrickém zobrazování metodou magnetické rezonance (MRI). Podařilo se jim přímo detekovat slabý magnetický signál jediného elektronu uvnitř pevného vzorku.
Tento úspěch je významným milníkem v úsilí o vytvoření mikroskopu, který by dokázal pořizovat trojrozměrné snímky molekul s rozlišením v řádu atomů. Úspěch této snahy by měl velký dopad na studium materiálů – od výzkumu bílkovin a léčiv přes integrované obvody až po průmyslové katalyzátory – pro něž je podrobné pochopení struktury atomů nezbytností. Znalost přesného umístění jednotlivých atomů v drobných nanoelektrických strukturách by například zlepšila přehled návrhářů o jejich výrobě a výkonu. Schopnost přímo zobrazovat přesnou atomovou strukturu proteinů by napomohla vývoji nových léků.
„Schopnost vidět hmotu přesněji vždy v historii umožnila důležité nové objevy a zjištění,“ řekl Daniel Rugar, ředitel nanometrických studií ve středisku Almaden Research Center společnosti IBM v kalifornském San Jose. „Tato nová schopnost by v důsledku měla vést k fundamentálnímu pokroku nanotechnologií a biologie.“
Rugar vede vědecký tým, který už déle než deset let dosahuje průkopnických objevů na poli metody nanometrického zobrazování magnetickou rezonancí, která se nazývá silová mikroskopie magnetickou rezonancí (magnetic resonance force microscopy, MRFM). Jeho tým zdokonalil citlivost MRI zhruba desetimiliónkrát ve srovnání s lékařskými zařízeními MRI, jež se používají pro vizualizaci orgánů v lidském těle. Vyšší citlivost umožní využívat metody MRI i v nanometrickém měřítku. (Nanometr je miliardtina metru a vzdálenost, kterou zabere zhruba 5-10 atomů.)
IBM Research má bohatou historii vývoje mikroskopů pro nanometrické zobrazování a vědu. Gerd Binnig a Heinrich Rohrer z výzkumné laboratoře IBM v Curychu získali v roce 1986 Nobelovu cenu za fyziku za vynález skenovacího tunelového mikroskopu (scanning tunneling microscope, STM), který dokáže zobrazovat jednotlivé atomy na elektricky vodivém povrchu. Binnig později vynalezl atomový silový mikroskop (atomic force microscope, AFM), který využívá přitažlivosti mezi nosníkem a povrchem u nevodivých povrchů. Vědci IBM a dalších organizací později upravili a rozšířili řešení mikroskopu AFM pro zobrazování povrchových sil jako magnetismu, tření a elektrostatické přitažlivosti s nanometrickým rozlišením. MRFM kombinuje koncepce AFM a MRI a umožňuje nanometrické rozlišení tvarů až do velikosti 100 nanometrů nacházejících se hluboko uvnitř vzorku.
Tým IBM, který tvoří výzkumníci Rugar, John Mamin, Raffi Budakian a Benjamain Chui, publikoval své výsledky zobrazení jediného elektronu v čísle vědeckého časopisu Nature z 15. července. Tento výzkum je zčásti financován Agenturou vyspělých výzkumných projektů obrany.
Fotografie a počítačově generované animace mikroskopu MRFM při práci jsou k dispozici na webové adrese: http://www.research.ibm.com/resources/news/20040714_nanoscale.shtml
Technické podrobnosti
Hlavním prvkem mikroskopu MRFM je mikroskopický křemíkový „mikronosník,“ který vypadá jako miniaturní skokanské prkno 1 000 tenčí než lidský vlas. Vibruje frekvencí zhruba 5 000 vibrací za sekundu a je k němu připojena drobná ale silná magnetická částice.
