Как сделать надпись и создать мультфильм из атомов
Манипулирование отдельными атомами и молекулами — уже давно не фантастика. Как ученым удается с ними работать ?
Надпись IBM ученые сделали в 1989 году, чтобы продемонстрировать открытый ими метод манипулирования отдельными атомами. В 2013 году ученые сняли мультфильм «Мальчик и его атом». Чтобы написать название своей компании, IBM воспользовались сканирующим туннельным микроскопом — аппаратом, который обычно используется для анализа поверхности различных образцов.
Главная часть микроскопа — это зонд: небольшая трубка с электродами, на конце которой расположена тонкая игла. Когда игла проходит над поверхностью материала, между ее концом и атомами поверхности возникает туннельный ток: электроны «проскакивают» между кончиком иглы и атомами поверхности. Измеряя параметры туннельного тока, можно судить, на каком расстоянии от зонда находится тот или иной атом. У сканирующего туннельного микроскопа есть два режима работы: при постоянном напряжении и при постоянном расстоянии от поверхности. Используя эти режимы, образец можно исследовать.
С помощью такого микроскопа можно манипулировать атомами. Если иглу придвинуть к поверхности образца достаточно близко, то можно «притянуть» отдельный атом с помощью электростатического взаимодействия. Если это удалось, можно передвинуть зонд с атомом по поверхности образца до нужной точки. Когда зонд оказался на нужном месте, достаточно отключить напряжение на зонде, чтобы связь между ним и атомом разорвалась.
Именно таким образом исследователи из IBM смогли в свое время не только написать 35 атомами ксенона название компании, но и создать фильм «Мальчик и его атом» и составить самый маленький магнитный бит памяти из 12 атомов. На самом деле такой метод манипулирования отдельными атомами имеет больше приложений, чем кажется. В перспективе он может позволить создавать квантовые вычислительные устройства и может быть использован для модификации наноструктур, применяющихся в фотонике и спинтронике.