Учёные совершили прорыв, исследовав магнитные поля отдельных атомов с помощью своеобразной модификации МРТ. Метод обещает не только фундаментальные открытия, но и создание технологий нового поколения.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Physics учёными из США и Кореи.
Атомы многих химических элементов и/или их ядра представляют собой по сути крошечные магниты. Поэтому они откликаются на внешнее магнитное поле. Например, направление их магнитного момента может прийти во вращение.
Если на атом, находящийся в этом состоянии, подействовать дополнительным слабым магнитным полем со строго определёнными характеристиками, он войдёт с ним в резонанс.
С точки зрения экспериментатора этот факт может выглядеть по-разному в зависимости от конкретного типа резонанса. Например, вещество может поглощать только те радиоволны, магнитные поля которых резонируют с его атомами (напомним, что радиоволна представляет собой пару из электрического и магнитного полей, по очереди порождающих друг друга).
С помощью магнитного резонанса можно определить плотность вещества, его элементный состав и другие характеристики. На этом основана магнитно-резонансная томография (МРТ).
Для сканирования живых тканей применяется определённый вид МРТ, основанный на магнитном резонансе ядра атома. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, как он работает.
В новом исследовании авторы использовали другой эффект. Они начали с того, что поместили на подложку из оксида магния отдельные атомы железа и титана.
Затем физики использовали сканирующий туннельный микроскоп. Это широко известный физический прибор, важная часть которого – чрезвычайно острый наконечник. Его толщина сравнима с размером атома.
На этот наконечник учёные поместили кластер из нескольких атомов, создающий слабое магнитное поле. При приближении зонда к атомам железа и титана их поля входили друг с другом в резонанс.
Исследователи измеряли магнитное взаимодействие между наконечником и "подопытным" атомом. Это позволило им составить трёхмерную карту магнитного поля последнего. Этот эксперимент в 10–100 раз обогнал предыдущие аналогичные работы по пространственному разрешению.
Теперь авторы собираются картировать магнитные поля более сложных объектов, таких как молекулы и магнитные материалы.
Управление магнитным полем вещества на уровне отдельных атомов может помочь в создании новых материалов, лекарств, устройств памяти и так далее.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как физики научились включать и выключать магнитное поле графена и создали двумерный управляемый магнит из платины.
