Дослідники з Гамбурзького та Кільського університетів у Німеччині здійснили прорив у галузі нанотехнологій, вперше продемонструвавши можливість переміщення окремих атомів у наноматеріалах за допомогою магнітного поля.
Про це розповідає ProIT
Як відбувався експеримент та що вдалося досягти
У ході експерименту вчені застосували високочутливий скануючий тунельний мікроскоп, щоб керувати рухом атомів на спеціально підготовленій магнітній поверхні. Дослідження проводилося при температурах, близьких до абсолютного нуля. На поверхню, сформовану з одного атомного шару марганцю на кристалі ренію, були розміщені окремі атоми кобальту, родію та іридію.
Попри гексагональну симетрію поверхні, атоми не рухалися випадково, як це було б очікувано через термодифузію, а слідували визначеним магнітним траєкторіям. Це стало суттєвим кроком для розуміння механізмів атомної дифузії — процесу, що визначає переміщення атомів у матеріалах та має ключове значення для створення напівпровідників і новітніх наноматеріалів.
Роль магнетизму у контролі атомів
Вчені вперше експериментально підтвердили, що магнітне поле впливає на рух атомів. Квантово-механічне моделювання, проведене під керівництвом професора Стефана Хайнце та доцента Соум’яджоті Халдара, дозволило пояснити ці результати. Дослідження показали, що навіть атоми, які зазвичай не мають власного магнетизму, як родій і іридій, під впливом поверхні набувають невеликого магнітного моменту. Ці моменти орієнтуються відповідно до магнітного напрямку шару марганцю, змушуючи атоми рухатися вздовж певних магнітних шляхів.
Додаткові експерименти засвідчили, що енергетично вигідніше для атомів рухатися вздовж магнітних рядів, а не поперек них, завдяки взаємодії між атомами на поверхні і в середині матеріалу. Вчені порівнюють це з поведінкою маленьких стрижневих магнітів, які вишикуються один за одним.
Згідно з поясненням Соум’яджоті Халдара, для магнітних елементів, таких як кобальт, магнітний момент виникає природним чином. Проте навіть родій та іридій, взаємодіючи з магнітною поверхнею, набувають індукованого магнітного моменту, що визначає напрямок їх руху.
«Магнітні властивості поверхні можуть впливати на рухливість окремих атомів. Це відкриває нові можливості для управління рухом атомів, наприклад, у додатках, пов’язаних з нанотехнологіями, зберіганням даних або розробкою нових матеріалів», — пояснює Соум’яджоті Халдар.
Результати цього дослідження, опублікованого у журналі Nature, створюють нові перспективи для електроніки майбутнього, зокрема у сферах нанотехнологій, зберігання інформації та розробки інноваційних матеріалів.