Метод поможет изучать материалы на самом фундаментальном уровне, полагают ученые. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Исследователи из Южной Кореи и Германии разработали инструменты, подобный МРТ, для изучения квантовых материалов. Подобно тому, как томограф показывает в высоком разрешении различные ткани человеческого тела, этот квантовый датчик собирает подробную информацию о таких свойствах, как спин электрона или квантовая запутанность.
Принцип работы квантового датчика. Видео: Institute for Basic Science
Разработанный физиками инструмент представляет собой молекулу, прикрепленную к кончику сканирующего туннельного микроскопа. К вершине наконечника ученые прикрепили атомы Fe и молекулу диангидрида перилентетракарбоновой кислоты (PTCDA). Это позволили исследовать атомы с чрезвычайно близкого расстояния.
В испытаниях ученые показали, что инструмент обнаруживает электрические и магнитные поля с пространственным разрешением в 0,1 ангстрема (10⁻¹¹ м). Это примерно в 10 раз меньше диаметра атома водорода.
Для измерения магнитных и электрических полей используют атомы железа и молекулу PTCDA, прикрепленную к наконечнику тунельного микроскопа. Изображение: Institute for Basic Science
Предыдущие попытки разработать датчик квантового масштаба для измерения электрических и магнитных полей основывались на способности обнаруживать дефект в кристаллической решетке. Поскольку они глубоко встроены в материал, датчик всегда находится на значительном расстоянии от исследуемых атомов, а потому его разрешающая способность оставалась низкой.
Что делает это достижение таким поразительным, так это то, что мы используем изысканно спроектированный квантовый объект для разрешения фундаментальных атомных свойств снизу вверх. Предшествующие методы визуализации материалов использовали большие, громоздкие зонды, чтобы попытаться проанализировать крошечные атомные особенности. Вы должны быть маленькими, чтобы видеть малое.
Дмитрий Бородин, научный сотрудник Центра квантовой нанонауки Института фундаментальной науки в Южной Корее и соавтор исследования
