p Por décadas, os cientistas usaram técnicas como cristalografia de raios-X e imagens de ressonância magnética nuclear (NMR) para obter uma visão inestimável da estrutura atômica das moléculas. Esses esforços têm sido prejudicados pelo fato de que exigem grandes quantidades de uma molécula específica, frequentemente na forma ordenada e cristalizada, para ser eficaz - tornando quase impossível perscrutar a estrutura da maioria das moléculas. p Pesquisadores de Harvard dizem que esses problemas podem em breve ser coisa do passado.

p Uma equipe de cientistas, liderado pelo Professor de Física e de Física Aplicada Amir Yacoby, desenvolveu um sistema de imagem por ressonância magnética (MRI) que pode produzir imagens em nanoescala, e pode um dia permitir que os pesquisadores examinem a estrutura atômica de moléculas individuais. Seu trabalho é descrito em um artigo de 23 de março na Nature Nanotechnology.

p "O que demonstramos neste novo artigo é a capacidade de obter uma resolução espacial muito alta, e uma tecnologia de ressonância magnética totalmente operacional, "Yacoby disse." Este trabalho é direcionado para a obtenção de informações detalhadas sobre a estrutura molecular. Se pudermos imaginar uma única molécula e identificar que existe um átomo de hidrogênio aqui e um carbono ali ... podemos obter informações sobre a estrutura de muitas moléculas que não podem ser visualizadas por nenhuma outra técnica hoje. "

p Embora ainda não seja preciso o suficiente para capturar imagens em escala atômica de uma única molécula, o sistema já foi usado para capturar imagens de spins de um único elétron. À medida que o sistema é refinado, Yacoby disse que espera que eventualmente seja preciso o suficiente para examinar a estrutura das moléculas.

p Embora o sistema projetado por Yacoby e colegas opere quase da mesma forma que as ressonâncias magnéticas convencionais, as semelhanças terminam aí.

p "O que fizemos, essencialmente, é fazer uma ressonância magnética convencional e miniaturizá-la, "Yacoby disse." Funcionalmente, funciona da mesma maneira, mas ao fazer isso, tivemos que mudar alguns dos componentes, e isso nos permitiu alcançar uma resolução muito maior do que os sistemas convencionais. "

p Yacoby disse que, embora os sistemas convencionais possam alcançar resoluções de menos de um milímetro, eles são efetivamente limitados pelo gradiente do campo magnético que podem produzir. Uma vez que esses gradientes desaparecem drasticamente em poucos metros, sistemas convencionais construídos em torno de ímãs massivos são projetados para criar um campo grande o suficiente para gerar imagens de um objeto - como um ser humano - que pode ter um metro ou mais de comprimento.

p O sistema em nanoescala desenvolvido por Yacoby e colegas, por comparação, usa um ímã com apenas 20 nanômetros de diâmetro - cerca de 300 vezes menor do que um glóbulo vermelho - mas é capaz de gerar um gradiente de campo magnético 100, 000 vezes maior do que até mesmo os sistemas convencionais mais poderosos.

p A diferença, Yacoby explicou, é que o ímã em nanoescala pode ser aproximado incrivelmente, dentro de alguns bilionésimos de um metro, para o objeto cuja imagem está sendo criada.

p "Fazendo isso, podemos alcançar uma resolução espacial muito melhor do que um nanômetro, " ele disse.

p Os desvios dos sistemas convencionais de ressonância magnética, Contudo, não acabou aí.

p Para construir um sensor que pudesse ler como as moléculas reagem a esse gradiente de campo magnético, Yacoby e seus colegas se voltaram para um campo que parecia não estar conectado à imagem - computação quântica.

p Usando ultra-puro, diamantes cultivados em laboratório, a equipe moeu dispositivos minúsculos, cada um dos quais terminou em uma ponta superfina, e incorporou uma impureza em escala atômica, chamado de centro de vacância de nitrogênio (NV) em cada ponta, criando um único bit quântico, ou qubit - o bloco de construção essencial de todos os computadores quânticos.

p Em experimentos publicados no ano passado, Yacoby e seus colaboradores mostraram que, à medida que a ponta era digitalizada na superfície de um cristal de diamante, o bit quântico interagiu com spins de elétrons próximos à superfície do cristal. Essas interações poderiam então ser usadas para criar uma imagem de spins de elétrons individuais. Contudo, enquanto a sensibilidade do sensor de bit quântico é suficiente para detectar spins individuais de elétrons e representa um salto quântico em relação aos esforços anteriores, sua resolução espacial é limitada por sua distância do objeto que está sendo visualizado.

p Para criar imagens verdadeiramente 3-D, Yacoby e colegas combinaram a abordagem de detecção de bits quânticos com o gradiente de campo grande, trazendo o nanoímã para a proximidade da amostra de interesse e do sensor de qubit. Ao escanear o ímã em 3-D, mas muito perto da amostra, eles foram capazes de detectar spins individuais de elétrons à medida que reagiam ao campo magnético.

p "Este é realmente um jogo para aproximar tanto o ímã para gerar grandes gradientes, e aproximar o detector para obter sinais maiores, "Yacoby disse." É essa combinação que nos dá a resolução espacial e a detectabilidade.

p "Nosso sistema atual já é capaz de gerar imagens de spins individuais de elétrons com resolução subnm [subnanômetro], "disse ele." O objetivo, eventualmente, é colocar uma molécula próxima ao nosso centro NV para tentar ver os componentes dentro dessa molécula, ou seja, os spins nucleares dos átomos individuais que o compõem. Esta não é uma tarefa fácil, uma vez que o spin nuclear gera um sinal que é 1, 000 vezes menor do que o spin do elétron ... mas é para lá que estamos indo. "