Дослідники з Гамбурзького та Кільського університетів у Німеччині вперше продемонстрували, що атоми можна переміщувати у наноматеріалах за допомогою магнетизму.

Науковці використали високочутливий скануючий тунельний мікроскоп для керування атомами на спеціально спроектованій магнітній поверхні. Експеримент проводився за температур, близьких до абсолютного нуля. Вченим вдалось розмістити окремі атоми кобальту, родію та іридію на одному атомному шарі марганцю, ретельно нанесеному на кристал ренію. 

Попри симетричну гексагональну структуру поверхні, атоми демонстрували не хаотичний рух, як можно було очікувати внаслідок термодифузії, а переміщувались послідовно по відповідних магнітних траекторіях. Цей експеримент є значним кроком у розвитку атомної дифузії, яка описує переміщення атомів у матеріалі шляхом обміну місцями з вакансіями у структурі гратки. Цей процес відіграє важливу роль у виробництві напівпровідників та створенні нових наноматеріалів.

Хоча науковці ще раніше передбачали, що магнетизм здатен впливати на рух атомів, вперше, експериментально вдалось підтвердити це. Один з провідних авторів дослідження, доктор філософії, професор Інституту теоретичної фізики та астрофізики при Каліфорнійському університеті Стефан Хайнце разом з доктором філософії, професором кафедри фізики та астрофізики Соум’яджоті Халдаром провели квантово-механічні розрахунки, використавши обчислювальну мережу для пояснення цього явища. 

Отримані результати допомогли вченим з’ясувати, що навіть атоми родію та іридію слідували магнітним доріжкам. Науковці пояснюють, що взаємодія між поверхнею та атомами генерує невеликий магнітний момент навіть в елементах, які природно не є магнітними. Ці моменти співпадають з магнітним напрямом шару марганця, змушуючи атоми рухатись вздовж певних магнітних напрямків. 

Подальші дослідження продемонстрували, що енергетично атомам легше рухатись вздовж магнітних рядів, ніж поперек них, через магнітну взаємодію між атомами в середині та на поверхні матеріалу. Дослідники порівняли це з крихітними стрижневими магнітами, які вишикуються один щодо одного. 

За словами Соум’яджоті Халдара, намагнічування виникає через магнітний момент атому у магнітних елементах, зокрема, кобальті. Не магнітні атоми, такі як родій та іридій, при їх взаємодії з поверхнею індукують невеликий магнітний момент, який впливає на напрямок їх руху.

Одночасно робот і матеріал — у Принстоні створили «Метабота»

Результати дослідження були опубліковані у журналі Nature

Джерело: Interesting Engineering