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Diamanti sta rivelando migliore amico di un paziente As Well

Published on September 22, 2009 at 7:59 PM

Diamanti, è stato a lungo detto, sono i migliori amici di una ragazza. Ma un gruppo di ricerca tra cui un fisico dal National Institute of Standards and Technology (NIST) ha recentemente trovato * che le gemme potrebbe rivelarsi il miglior amico di un paziente come bene.

Una vacanza di azoto (piccoli cerchi) all'interno di un cristallo di diamante mostra la promessa come un "bit" per i computer quantici, in parte a causa della sua grande sensibilità verso i campi magnetici, una sensibilità che anche potrebbe consentire MRI-come gli studi su oggetti piccoli come le cellule viventi o singole molecole. Quando la luce verde colpisce il posto vacante di azoto, esso reagisce in rosso; la rilevazione delle variazioni in questo gli scienziati fluorescenza permesso di estrarre le informazioni. Credito: J. Taylor, il NIST

Il lavoro del team ha a lungo termine l'obiettivo di sviluppare computer quantistici, ma non ha portato frutti che possono avere un'applicazione più immediata nella scienza medica. La loro scoperta che un "bit quantistico" candidato ha una grande sensibilità a campi magnetici suggerimenti che la risonanza magnetica, come i dispositivi che possono sonda le molecole di droga individuali e le cellule viventi può essere possibile.

Il sistema candidato, formata da un atomo di azoto depositato all'interno di un cristallo di diamante, è promettente, non solo perché è in grado di percepire su scala atomica variazioni di magnetismo, ma anche perché funziona a temperatura ambiente. Tali dispositivi maggior parte degli altri usato nella computazione quantistica o per il rilevamento magnetico devono essere raffreddati a zero quasi assoluto per operare, rendendo difficile metterli vicino tessuto vivo. Tuttavia, utilizzando l'azoto come un sensore o interruttore potrebbe aggirare questa limitazione.

Diamante, che è formato da carbonio puro, ha occasionalmente imperfezioni minuti all'interno del suo reticolo cristallino. Un impurità comune è una "vacanza di azoto", in cui vengono sostituiti due atomi di carbonio da un singolo atomo di azoto, lasciando spazio l'atomo di carbonio altri vacante. Posti vacanti di azoto sono in parte responsabili di lustro famoso diamante, perché essi sono in realtà fluorescenti: quando la luce verde li colpisce, l'atomo di azoto due elettroni spaiati eccitabile bagliore di un rosso brillante.

Il team può utilizzare piccole variazioni in questa fluorescenza per determinare lo spin magnetico di un singolo elettrone in azoto. Lo spin è una proprietà quantistica che ha un valore di "up" o "giù", e quindi potrebbe rappresentare uno o zero nel calcolo binario. Conquista recente della squadra è stato quello di trasferire queste informazioni quantistica ripetutamente tra l'elettrone di azoto ed i nuclei di atomi di carbonio adiacenti, formando un piccolo circuito capace di operazioni logiche. La lettura di un bit quantistico info-uno spin compito fondamentale per un quantum computer è stata una sfida scoraggiante, ma il team ha dimostrato che con il trasferimento delle informazioni avanti e indietro tra l'elettrone e il nucleo, le informazioni potrebbero essere amplificati, rendendo molto più facile da leggere.

Ancora, il NIST fisico teorico Jacob Taylor detto che i risultati sono "evolutivo, non rivoluzionaria" per il campo computazione quantistica e che il mondo medico potrà trarre benefici pratici dalla scoperta molto prima che un computer quantistico di lavoro è costruito. Egli immagina diamantati sensori di eseguire test di risonanza magnetica su singole cellule all'interno del corpo, o su singole molecole compagnie farmaceutiche vogliono indagare, una sorta di scanner per la risonanza magnetica microscopico. "Questo è comunemente ritenuto non essere possibile perché in entrambi i casi i campi magnetici sono così piccoli," dice Taylor. "Ma questa tecnica ha una tossicità molto bassa e può essere effettuata a temperatura ambiente. Si potrebbe guardare dentro una singola cella e ci permettono di visualizzare ciò che sta accadendo in punti diversi. "

L'Università di Harvard a base di squadra comprende anche gli scienziati del Joint Quantum Institute (un partenariato di NIST e l'Università del Maryland), il Massachusetts Institute of Technology e Texas A & M University.

* L. Jiang, JS Hodges, Maze JR, P. Maurer, JM Taylor, DG Cory, PR Hemmer, RL Walsworth, A. Yacoby, AS Zibrov e MD Lukin. Lettura ripetitiva di un singolo spin elettronico via logica quantistica con Ancillae spin nucleare. Scienza, DOI: 10.1126/science.1176496, pubblicato online il 10 settembre 2009.

Last Update: 5. October 2011 19:51

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