Met behulp van ’s werelds kleinste ‘MRI-scanner’ brachten onderzoekers het magnetisch veld van een enkel atoom in beeld.
Wil een arts een kijkje in je lichaam nemen, dan is de kans groot dat je wordt doorgestuurd naar het ziekenhuis voor een MRI-scan. De magnetic resonance imaging-apparaten gebruiken sterke magneten en elektromagnetische straling om afbeeldingen te maken van bijvoorbeeld je hersenen, gewrichten, buikorganen, spieren of pezen.
Maar onderzoekers van het Center for Quantum Nanoscience aan het Koreaanse Institute for Basic Science (IBS) wilden het grootser, of eigenlijk véél kleiner aanpakken. Ze ontwikkelden ’s werelds kleinste MRI-apparaat en brachten daarmee het magnetisch veld van een enkel atoom in beeld. Dat moet ons helpen het universum op subatomische schaal beter te begrijpen, zo schrijven de onderzoekers in Nature Physics.
Lees ook:
Piepklein
Een MRI-apparaat kiekt jouw binnenste met behulp van de waterstofatomen in je lijf. Onder invloed van een magneet in de scanner gaan sommige protonen in die atomen rond dezelfde as draaien. Als die worden ‘bestookt’ met elektromagnetische straling, absorberen ze die energie en gaan ze de andere kant op draaien. Zodra de straling stopt, geven de (miljarden) protonen de energie weer af. Met die afgegeven straling kan een beeld gemaakt worden.
Om het proces te verkleinen, gebruikten de onderzoekers een rastertunnelmicroscoop: een microscoop die met behulp van een piepkleine naald oppervlakten op atomische schaal in beeld kan brengen. Door gemagnetiseerde ijzeratomen aan de punt van die naald te bevestigen, toverde het team de microscoop om tot ’s werelds kleinste MRI.
Atomische schaal
De onderzoekers testten de nieuwe techniek op twee elementen: titanium en ijzer. Beide zijn magnetisch, net als de naaldpunt. Vergelijkbaar met alledaagse magneten, zullen ze elkaar dus afstoten of aantrekken afhankelijk van hun positie.
Door de naald over de atomen te trekken, er pulsen straling op los te laten en de terugkerende straling te meten (zoals op grote schaal gebeurt in een normaal MRI-apparaat), brachten de onderzoekers het magnetisch veld van de titanium- en ijzeratomen in beeld.
“Het blijkt dat die magnetische interactie afhankelijk is van de spin (een fundamentele eigenschap van atoomkernen, red.) van beide deeltjes”, legt natuurkundige en coauteur Philip Willke uit. “Zo is het signaal dat we terugkrijgen vanuit ijzeratomen heel anders dan dat vanuit de titaniumatomen.” Met de nieuwe techniek is het dus mogelijk elementen aan de hand van hun magnetische eigenschappen te identificeren. En dat op basis van een enkel atoom.
Klein maar fijn
Het mag dan ’s werelds kleinste MRI-apparaat zijn, de onderzoekers hebben er grootse plannen mee. Zo menen ze dat het niet alleen gebruikt kan worden om de (magnetische) eigenschappen van enkele atomen in beeld te brengen, maar ook dat van grotere moleculen. Dat moet helpen in de wereld van quantumonderzoek maar ook bij het ontwikkelen van een scala aan nieuwe materialen en geneesmiddelen.
Bronnen: Nature Physics, phys.org, Science Alert
Beeld: Philip Willke et al., 2019/Nature Physics
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!