本报讯 美国物理学家日前首次在二氧化硅晶体内部成功观测到了单个电子的自旋过程。这项研究成果标志着人类朝着观测单个原子在物质内部运动的目标又迈出了关键的一步，并且对包括一些量子计算机在内的所谓旋转粒子装置的研制提供了重要帮助。专家认为，该研究实现了核磁共振的原子级成像，有望使显微镜在纳米尺度上对分子内部的立体结构进行观察。

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　　在此之前，研究人员利用扫描隧道显微镜和原子力显微镜已经能够观察到单个原子的运动状况，但是其范围仅仅局限于物质的表面。研究人员利用核磁共振成像技术同时还可以对物质的内部进行观察，但是得出的观测结果也仅仅适用于医学研究，要想达到原子分辨率水平，则还有相当长的一段路要走。

　　然而，如果研究人员能够找到一种方法，可以直接测量一个质子旋转所产生的磁力，(这也是量子力学的属性之一)，则能够有效地提高观测精度。这是一项艰巨的挑战。这种大小仅为10-18牛顿的磁力是极其微弱的。为了完成这项研究工作，一个由美国加利福尼亚州圣何塞国际商用机器公司(IBM)Almaden研究中心的物理学家Daniel Rugar领导的研究小组，从1996年开始对一个单个电子的旋转进行了测量，它的磁力矩是一个质子磁力矩的600倍。

　　研究小组制造了一个灵活的悬臂，这种仪器仅有85微米长，100纳米宽，研究人员同时在悬臂的顶端加装了一个强力的磁极。当研究人员施加一个高频的磁场后，这些磁场使电子产生了转动，并使其与悬臂顶端的磁场产生共振，从而使悬臂产生了摆动。如果悬臂顶端在一个旋转可测的电子上悬浮，这种共振将使电子的旋转一再发生改变，并且每次都将使悬臂产生微小的摆动。研究人员在最新出版的《自然》杂志上报告说，这种规律性摆动表明，这些振幅中的旋转是由更加强大的静电以及范德瓦尔斯力产生的。

　　研究人员认为，这项成果将对从蛋白质到药品、从集成电路到工业催化剂等各种物质的研究产生重大影响，因为这些研究都需要详细地了解物质的原子结构。例如，能够直接看到蛋白质详细的原子结构图，知道某些原子的确切位置，对研发新的药品将有帮助。Rugar研究小组取得的这项成果，将目前观察人体器官用的医疗磁共振成像设备的精度提高了约1000万倍。

　　哥伦布俄亥俄州立大学的物理学家Peter Christopher Hammel认为，“这真是一项令人印象深刻的成就”。他说，与观测单个电子旋转的其他方法不同的是，这种新技术具有适用于多种物质材料的优势。Rugar的研究小组通过使系统冷却，以及配备一个具有强力磁极的悬臂，使观测的分辨率得到提高。Rugar表示，这将大为改善二维和三维扫描的解析度以及速度。(赵路)