25.04.2010
На фото: На изображении сканирующего микроскопа - разному направлению спина соответствуют пики разной формы отдельных атомов кобальта. (Image courtesy Saw-Wai Hla, Ohio University)
Последние годы много говорят о развитии революционной технологии, спинтроники (она будет использовать не только свойства заряда электрона, но и его спина), которая позволит создать новое поколение компьютеров и других приборов – компактных, быстрых и очень эффективных. Но как выглядит спин атома? Впервые его удалось «увидеть» физикам из университетов Огайо (США), Гамбурга и Киля (Германия) и Сарагосы (Испания). В журнале Nature Nanotechnology они опубликовали первые изображения спина в действии. (
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2010.64.html)
Чтобы исследовать магнитное строение материала, а также свойства отдельных атомов и направление спинов, обычно используют сканирующий поляризационный микроскоп (для проводящих материалов). В 2007 году физики из Университета Гамбурга изучали NiO (аниферромагнитный диэлектрик) с помощью магнитной обменно-силовой микроскопии (Magnetic Exchange Force Microscopy - MExFM). Прикладывая внешнее магнитное поле в 5 Тесла, они смогли сканировать вдоль поверхности образец и определить не только его атомную структуру, но и ориентацию спинов атомов поверхности (см. статью А.П. Пятакова, бюллетень Магнитного общества РФ, т.8, №2, 03 июля 2007).
Теперь физики использовали специально сконструированный сканирующий туннельный микроскоп с наконечником из вольфрама, покрытым 30-40 слоями железа. Эксперименты проводили в условиях сверхвысокого вакуума при температуре всего в 10 градусов Кельвина (около минус 263 градусов Цельсия). Ученые не только получили изображения спинов отдельных атомов кобальта, осажденных на марганцевой подложке, но и смогли манипулировать ими с помощью магнитного наконечника микроскопа. На изображениях атомы изображены как отдельные выступы при спине, направленном вверх, и как выступы с двумя пиками, когда спин был направлен вниз.
Исследование поможет ученым не только наблюдать за спином и управлять им, но и разработать магнитную память наноразмера, квантовые компьютеры и приборы спинтроники.
«Разные направления спина могут соответствовать разным состояниям при записи информации. Устройства памяти в современных компьютерах содержат десятки тысяч атомов. В будущем мы сможем использовать один атом и изменять мощность компьютеров тысячами», - говорит Соу-Вай Хла (Saw-Wai Hla), руководитель исследований из Университета Огайо.
До того, как дело дойдет до использования новой технологии, ученые должны будут провести эксперименты при комнатной температуре.
Imaging and manipulating the spin direction of individual atoms. David Serrate, Paolo Ferriani, Yasuo Yoshida, Saw-Wai Hla, Matthias Menzel, Kirsten von Bergmann, Stefan Heinze, Andre Kubetzka1 & Roland Wiesendanger. Nature Nanotechnology Published online: 25 April 2010 | doi:10.1038/nnano.2010.64
http://www.ohio.edu/research/communications/spin.cfm
