Исследователи компании IBM превратили микроскоп в измеритель магнитных свойств отдельных атомов

Магнитное поле

Группа исследователей компании IBM разработала новый способ измерения силы магнитного поля и некоторых других параметров, имеющих отношение к магнетизму, отдельно взятых атомов исследуемого вещества. С энергетической точки зрения новый метод обеспечивает в 1000 раз большую разрешающую способность, чем любые другие методы.

Ученые уже давно занимаются измерениями магнитных параметров отдельно взятых атомов. Это дает им большее понимание некоторых явлений материального и биологического плана, в основе которых лежат магнитные взаимодействия. Самым распространенным методом измерения очень слабых магнитных полей является использование для этого дефектов кристаллической решетки алмаза, в частности, азотной вакансии. Метод, предложенный учеными из IBM, сам по себе более прост, он обеспечивает более высокую точность, но требует использования сложного узкоспециализированного оборудования.

В качестве датчика магнитного поля в новом методе используется атом, находящийся в магнитном поле туннельного сканирующего микроскопа. Этот атом-датчик расположен на наконечнике микроскопа, который подводится к исследуемому атому. Через "узкое бутылочное горлышко" между этими двумя атомами начинает течь электрический ток, который возникает за счет эффекта квантового туннелирования электронов, частота колебаний этого тока соответствует частоте вращения исследуемого атома, а амплитуда колебаний - углу наклона оси вращения атома.

Перемещая датчик микроскопа можно изменить взаимную ориентацию двух атомов, а по всем собранным таким путем данным можно вычислить с достаточно большой точностью величину магнитного поля, создаваемого каждым из атомов.

Проведя ряд экспериментов, ученые IBM выяснили, что получаемый при помощи нового метода сигнал является более сильным, менее зашумленным и более информативным, нежели сигналы, получаемые другим путем. Такой сигнал позволяет провести более высокоточные измерения магнитных характеристик атома, что может сдвинуть с места материаловедение, биохимию и некоторые другие области науки.

К сожалению, в мире сейчас существует лишь несколько лабораторий, имеющих все оборудование, необходимое для проведения измерений новым методом. Тем не менее, ученые IBM решили поделиться этим методом со всем научным сообществом в надежде на то, что кому-нибудь другому удастся найти путь к упрощению метода, что сделает его более доступным для всех исследователей.