Дослідники компанії IBM перетворили мікроскоп в вимірювач магнітних властивостей окремих атомів

Дослідники компанії IBM перетворили мікроскоп в вимірювач магнітних властивостей окремих атомів

Група дослідників компанії IBM розробила новий спосіб вимірювання сили магнітного поля і деяких інших параметрів, що мають відношення до магнетизму, окремо взятих атомів досліджуваного речовини.

З енергетичної точки зору новий метод забезпечує в 1000 разів більшу роздільну здатність, ніж будь-які інші методи.

Вчені вже давно займаються вимірами магнітних параметрів окремо взятих атомів. Це дає їм більше розуміння деяких явищ матеріального і біологічного плану, в основі яких лежать магнітні взаємодії. Найпоширенішим методом виміру дуже слабких магнітних полів є використання для цього дефектів кристалічної решітки алмазу, зокрема, азотної вакансії. Метод, запропонований вченими з IBM, сам по собі більш простий, він забезпечує більш високу точність, але вимагає використання складного вузькоспеціалізованого обладнання.

Як датчик магнітного поля в новому методі використовується атом, що знаходиться в магнітному полі тунельного скануючого мікроскопа. Цей атом-датчик розташований на наконечнику мікроскопа, який підводиться до досліджуваного атому. Через “вузьке горло пляшки” між цими двома атомами починає текти електричний струм, який виникає за рахунок ефекту квантового тунелювання електронів, частота коливань цього струму відповідає частоті обертання досліджуваного атома, а амплітуда коливань – куту нахилу осі обертання атома. Переміщаючи датчик мікроскопа можна змінити взаємну орієнтацію двох атомів, а по всім зібраним таким шляхом даними можна обчислити з досить великою точністю величину магнітного поля, що створюється кожним з атомів.

Провівши ряд експериментів, вчені IBM з’ясували, що отримується за допомогою нового методу сигнал є більш сильним, менш зашумленими і більш інформативним, ніж сигнали, одержувані іншим шляхом.Такий сигнал дозволяє провести більш високоточні вимірювання магнітних характеристик атома, що може зрушити з місця матеріалознавство, біохімію і деякі інші галузі науки.

На жаль, в світі зараз існує лише кілька лабораторій, що мають все обладнання, необхідне для проведення вимірювань новим методом. Проте, вчені IBM вирішили поділитися цим методом з усім науковим співтовариством в надії на те, що кому-небудь іншому вдасться знайти шлях до спрощення методу, що зробить його більш доступним для всіх дослідників.