科学家利用最新技术，为原子来了一场有史以来最小尺度上的核磁共振成像，描绘出了原子的磁场。令人难以置信的突破，完善了对量子领域的研究方式，以及我们在亚原子尺度上对宇宙的理解。

“结果令人非常兴奋，”首尔基础科学研究所的物理学家Andreas Heinrich说，“无疑是该领域里的里程碑式成就，对未来的研究具有非常有值得期待的意义。”

核磁共振成像或MRI，已经成为一种常见的人体内部影像的医学检查方式。MRI仪器借助强大的磁铁在身体周围产生强磁场，迫使生物体内氢原子核中的质子的自旋方向与磁场一致，所有这些都不会产生副作用。随后，施加射频电流以刺激质子，使它们在场中共振；当磁场关闭时，传感器可以检测到回复正常的质子释放出的能量，并将信号转换为可视图像。

但医用MRI扫描仪，需要数十亿个质子作为检测对象。

为了对准单个原子，研究人员使用了扫描隧道显微镜——可以在它们上面操作极细的针来对原子尺度的表面进行成像——探测精心制备的钛和铁原子。随着尖端上附着一小部分磁化铁原子，探针就变成了微小的核磁共振成像仪器，只不过影响的是原子的电子而非核内的质子。

他们所需要做的就是增加射频电流脉冲，使传感器能够检测到电子释放的能量，从而绘制出单个钛或铁原子的磁场图像。

“事实证明，之所以能够测量出磁相互作用，完全依赖于尖端和样品上电子的自旋特性。”基础科学研究所的物理学家Philip Wilke解释说，“例如，我们看到的铁与钛原子的信号大不相同。这使得我们能够通过磁场特征来区分不同种类的原子，彰显出新技术的强大功能。”

除了识别出单个原子所属的元素的能力外，该技术非常敏感，还可以区分相邻的原子。

对于这样的微对象技术，团队制定了宏大的研究计划。他们相信，它不仅可以映射单个原子的磁性和自旋特性，而且可以映射更大的结构(例如分子)。

它也可以用来表征和控制量子系统，对于量子计算领域来说，无疑非常方便。

该研究发表在Nature Physics上。

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。

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