Физики измерили магнитное поле на атомном масштабе

Физики из Германии и Кореи измерили магнитные и электрические дипольные поля, исходящие от одного атома железа и димера серебра с субангстремным пространственным разрешением. Для этого они изготовили одномолекулярный квантовый датчик и разместили его на металлическом наконечнике сканирующего туннельного микроскопа. Статья опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Обнаружение и измерение слабых магнитных полей от одноэлектронных и ядерных спинов в атомном масштабе до сих пор остается проблемой в физике. В то время как современные мобильные квантовые датчики достигают чувствительности к одноэлектронному спину, атомное пространственное разрешение остается недостижимым для существующих методов.

Группа физиков под руководством Андреаса Хайнриха (Andreas J. Heinrich), Бэ Юджонга (Yujeong Bae) и Руслана Темирова (Ruslan Temirov) из Института фундаментальной науки в Сеуле и Института Петера Грюнберга в Юлихе измерила квантовое поле, создаваемое одиночным атомом с пространственным разрешением порядка размера атомов. Для этого ученые прикрепили к вершине металлического наконечника сканирующего туннельного микроскопа атом железа и молекулу PTCDA (3,4,9,10-перилентетракарбоновый диангидрид). Подавая радиочастотное напряжение на такой квантовый датчик, физики наблюдали за возникновением электронных спиновых резонансов, которые зависят от величины и направления магнитного поля.

При помощи такого датчика ученые смогли измерить магнитные поля, возникающие вокруг одиночного атома железа и димера серебра, которые были расположены на подложке из серебра-111 (Ag111). Физикам удалось достичь энергетического разрешения порядка 100 наноэлектронвольт и пространственного разрешения порядка 0,02 нанометра.

Физики разрабатывают все более точные методы для измерений и манипуляций с объектами на атомном масштабе. Ранее мы писали, как ученым удалось настроить магнитное поле отдельного атома.