Ученые провели измерение зарядового состояния атома с помощью атомно-силового микроскопа

Источник: computerra.ru

Группа ученых из Исследовательской лаборатории компании IBM в Цюрихе (Швейцария) и университетов Нидерландов и Германии продемонстрировала возможность бесконтактным методом отличать нейтральные атомы от положительно и отрицательно заряженных.

В своих экспериментах исследователи определяли зарядовое состояние отдельных атомов золота и серебра, измеряя значения сил, действующих на иглу атомно-силового микроскопа при ее сближении с атомом. Опыты проводились в вакууме при температуре образца 5 К; атомы были расположены на медной подложке, покрытой тончайшим изолирующим слоем хлорида натрия. Для измерений использовался датчик усилия камертонного типа: на одном из его зубцов находится игла, а второй жестко закреплен. Амплитуда колебаний такого «камертона» составляет 0,02 нм, что примерно соответствует десятой части диаметра атома; когда игла приближается к образцу, резонансная частота «камертона» изменяется под воздействием возникающих сил притяжения. Перемещая иглу над поверхностью и регистрируя этот сдвиг частоты, исследователи получали информацию о местонахождении и свойствах атомов.

Как выяснилось в ходе экспериментов, нейтральные и заряженные атомы (к примеру, с одним дополнительным электроном) по-разному взаимодействуют с иглой: при сближении на расстояние около половины нанометра значения силы притяжения отличаются на 11 пН; отметим, что погрешность проведенных измерений составляет менее 1 пН. Для того чтобы распознать знак заряда исследуемого атома, ученые прикладывали напряжение между иглой и образцом и выполняли замеры в таких условиях.

Говоря о преимуществах своей технологии, авторы отмечают тот факт, что атомно-силовая микроскопия, в отличие от сканирующей туннельной, не накладывает ограничений на проводимость образца, а потому может применяться и для анализа диэлектрических материалов. При этом исследования в области молекулярной электроники, которые направлены на создание устройств на базе отдельных молекул, обычно проводятся на изолирующей подложке, которая предотвращает утечку электронов. Очевидно, заключают ученые, предложенный бесконтактный метод идеально подходит для применения в таких условиях.