Гранит науки - 2004-07-19

Отображения спина отдельного электрона впервые достигли ученые IBM благодаря совмещению магниторезонансной установки с атомно-силовым микроскопом - новый метод микроскопии дает возможность получать трехмерную картину атомного мира У микрофона Марина Аствацатурян! Спин - это собственный момент импульса или магнитный момент электрона, не связанный с его движением в пространстве. Понятие спина позволяет представить себе электрон, вращающимся вокруг собственной оси, одновременно с вращением по орбите вокруг ядра, аналогично вращению Земли при ее движении вокруг Солнца. На улавливании спина другой атомной частицы, протона, основан магниторезонансный метод получения трехмерных отображений разных объектов, но пространственное разрешение этого способа ограничено 1 микроном. Разрешающая способность нового, комбинированного устройства, в котором магниторезонансный подход совмещен с атомно-силовой микроскопией, увеличена в 40 раз - сообщает сетевое издание PhysicsWeb. Опубликовано достижение ученых IBM в последнем номере Nature (July 15, 2004), а само оно, как предполагается, позволит уловить трехмерность атома, а также может быть использовано для считывания информации, хранимой квантовыми компьютерами.

Атомно-силовой микроскоп, хотя и дает изображение отдельных атомов, делает это в буквальном смысле поверхностно, т.е. получаемые с его помощью изображения объектов атомного масштаба двухмерны. То, что получилось у Дэна Ругара (Dan Rugar) и его коллег из Исследовательского Центра Альмаден при IBM (IBM's Almaden Research Center), называется магниторезонансный силовой микроскоп (magnetic resonance force microscopy, MRFM), и с его помощью был обнаружен спин отдельного электрона, находящегося в 100 нанометрах под поверхностью кусочка кварцевого стекла. Главное в новом микроскопе - нанометровый магнитный наконечник - закрепленный одним концом рычажок из самария и кобальта. Благодаря этой детали и определяется спин электрона, а точнее - сила слабенького магнитного поля, возникающего между электроном и наконечником, который держится на вибрирующей кремниевой консоли длиной 85 микрон и толщиной 100 нанометров. Ругар с сотрудниками устанавливали консоль на расстоянии 125 нанометров над кварцевым образцом и затем прикладывали ко всему этому высокочастотное магнитное поле, что приводило к возбуждению спина электрона. Электрон внутри образца начинал вращаться в том или ином направлении, что определяло колебания магнитного наконечника, точно улавливаемые с помощью лазерного пучка. 'Магнитная сила электрона чрезвычайно мала, около 10 в минус 18 степени ньютонов, что в 10 миллионов раз меньше веса снежинки, осевшей на вашей ладони' - поясняет Дэн Ругар, его группа работала над созданием инструмента, способного уловить магнитное влияние спина одного электрона, 12 лет.