Согласно заявлению IBM, ее исследователям удалось сделать большой шаг к созданию
оборудования, позволяющего получать трехмерные образы всевозможных структур с
атомным разрешением. Подобная техника будет полезна, скажем, при изготовлении
микроэлектронных устройств с очень высоким уровнем детализации. Впрочем, еще одной
вероятной областью применения новой разработки Голубого Гиганта являются квантовые
компьютеры -- в них она может использоваться в элементах для считывания информации.
Ну а что касается разнообразных биологических исследований (например, изучения
белков), тот тут она вообще способна стать просто незаменимой.
|
Принцип действия магниторезонансного
силового микроскопа
|
Метод, созданный специалистами IBM, получил название магниторезонансной силовой
микроскопии (MRFM -- Magnetic Resonance Force Microscopy). Он сочетает в себе
принципы, лежащие в основе двух других методов -- магниторезонансной и атомной
силовой микроскопии. Инженерам компании удалось построить устройство, способное
"видеть" собственный магнитный момент (спин) одного-един-ственного электрона,
находящегося внутри твердотельного образца. Для сравнения: современные магниторезонансные
томографы могут различать массивы, состоящие минимум из 1 трлн. протонов (хотя
здесь необходимо уточнить, что магнитный сигнал у изолированного электрона приблизительно
в 600 раз сильнее, чем у протона). Кроме того, ученые сумели -получить одномерную
фотографию использовавшегося образца с 25-на-нометровым разрешением -- примерно
в 40 раз большим, чем у лучших сегодняшних магниторезонансных микроскопов.
|
Слева направо: Раффи Будакян
(Raffi Budakian), Джон Мамин (John Mamin) и Дэн Ругар (Dan Rugar) -- трое
из четырех участников группы, занимавшейся разработкой MRFM, возле построенного
ими устройства
|
|
Кремниевая пластина, используемая
в методе MRFM (масштабная линейка -- 10 мкм)
|
|
Головка кремниевой пластины
с магнитом (масштабная линейка соответствует 1 мкм)
|
В качестве ключевого элемента собранного в IBM MRFM-устройства выступает сверхтонкая (в 1000 раз тоньше человеческого волоса) кремниевая пластина с одним свободным концом, на котором закреплен магнит. Взаимодействие между ним и спином электрона происходит только в ограниченной чашеобразной области во-круг магнита -- в так называемой резонансной зоне.
В рабочем состоянии пластина вибрирует с частотой около 5 kHz. Когда электрон попадает в резонансную зону, то благодаря "вспомогательному" действию высокочастотного магнитного поля, которое генерируется катушкой, он начинает "переворачиваться". Характер взаимодействия между магнитом и спином -электрона (притягивание или отталкивание) при каждом перевороте электрона изменяется, что приводит к небольшим сдвигам в частоте колебаний пластины. Для измерения величины этих сдвигов применяется лазерный интерферометр.
Свою дальнейшую цель ученые IBM видят в повышении чувствительности метода, обеспечиваемого им разрешения и быстродействия, чтобы с помощью MRFM можно было распознавать отдельные протоны и атомные ядра (в том числе ядра изотопа C13, применяемого при исследованиях молекулярных структур).
"На протяжении всей истории возможность заглядывать внутрь материи открывала пути к важным достижениям, -- подчеркивает Дэниэл Ругар (Daniel Rugar), руководитель группы наноисследований IBM Almaden Research Center (Сан-Хосе, штат Калифорния). -- Разработанный нами новый инструмент в конечном итоге должен привести к фундаментальным прорывам в областях нанотехнологии и биологии".
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365