Физики научились манипулировать отдельными электронами в атомах

Rumata

Физики из цюрихской лаборатории корпорации IBM и шведского Технологического университета имени Чалмерса нашли способ снимать отдельные электроны с одиночных атомов золота, а потом заново преобразовывать такие рукотворные ионы в нейтральные атомы. Этим экспериментам посвящена статья, опубликованная в последнем номере журнала Science.
Доктор Репп и его коллеги для перемещения электронов воспользовались сканирующим туннельным микроскопом (СТМ). Основная деталь этого прибора - тончайшая вольфрамовая игла, которую подводят на расстояние порядка половины нанометра к поверхности исследуемого объекта. Когда между иглой и объектом создается разность потенциалов, между ними начинает течь слабый электрический ток, обусловленный отрывом электронов от кончика зонда. Такой ток возникает вследствие квантового туннельного эффекта, который и дал название этому типу микроскопов. Передвижение зонда над поверхностью объекта сопровождается непрерывным измерением силы туннельного тока. Эта информация поступает в управляющий компьютер, который реконструирует мельчайшие особенности рельефа изучаемой поверхности с исключительно высокой степенью разрешения.
Однако сканирующий туннельный микроскоп - не только наблюдательный инструмент. Давно доказано, что игольчатый зонд может отрывать с определенного участка поверхности атомы или молекулы и переносить их на другое место. Теперь же ученые из Швейцарии и Швеции продемонстрировали, что этот же прибор позволяет манипулировать электрическими зарядами отдельных атомов. Экспериментаторы изготовили пластинку из полированной меди и покрыли ее тончайшим слоем хлористого натрия (то есть обыкновенной поваренной солью). Толщина этой пленки составляла лишь два-три атома, а точнее, иона (как свидетельствует школьный учебник химии, хлористый натрий образует ионные кристаллы). На электроизолирующую соляную подложку с помощью СТМ поместили одиночный атом золота. Поверхность вольфрамового зонда также покрыли атомами золота.
На первый взгляд, операция по отрыву и возвращению электронов осуществлялась вполне элементарно. Ученые расположили кончик зонда непосредственно над атомом золота, после чего изменили величину туннельного тока. После того, как на зонд на несколько секунд был подан положительный потенциал в шесть десятых вольта, с атома золота "соскочил" единственный электрон, в результате чего этот атом превратился в положительный ион. Когда на зонд подали разность потенциалов в минус один вольт, атом золота вернулся в первозданное электронейтральное состояние. Эти изменения были зафиксированы компьютером, управляющим туннельным микроскопом. Доктор Репп полагает, что результаты этого эксперимента могут стать первым шагом на пути к созданию запоминающих устройств, в которых носителями информации будут служить отдельные атомы.
Источник:
Jascha Repp, Gerhard Meyer, Fredrik E. Olsson, Mats Persson
Controlling the Charge State of Individual Gold Adatoms
Science, Vol 305, Issue 5683, 493-495, 23 July 2004
Алексей Левин (Вашингтон)
http://grani.ru/Society/Science/m.74469.html

naami_moloko

Хм, однако! Похоже нанотехнологии всё же возьмут своё скоро. А вообще IBM мастера на выдумки, как бы у них опять чего-нибудь не провалилось, как с винчестерами.

Vikuschechka9

Если не провалится, то можно будет ожидать в скором будущем появление зверски ёмких хардов... Только вот жаль, что они будут только для суперкомпьютеров -- для туннельных микроскопов кажись нужны температуры жидкого гелия или на худой конец азота. Да и скорость записи/чтения...

Ater

Прикладную ценность эффекта я могу понять, да и то с трудом -- туннельный микроскоп есть дорогая штука. А вот в чем ценность обнаруженного эффекта с фундаментальной точки зрения?..

spiritmc

Настолько дорогая, что на кафедре электрохимии их на коленке собирают.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

Ater

А что в России не на коленке собирают без единого гвоздя сейчас?
Хотя туннельный микроскоп все таки не так дешево стоит. А обслуживание...
И еще. Я хотел узнать о фундаментальной важности обнаруженного эффекта.

Rumata

Я хотел узнать о фундаментальной важности обнаруженного эффекта.

Увы, я не могу ответить на этот вопрос Статья мне показалась любопытной с точки зрения возможных приложений и с точки зрения того, что сейчас умеют делать с атомами. Будем надеяться что ответит кто-нибудь из людей разбирающихся в этом вопросе.

Ater

Вот я и боюсь, что в фундаментальном плане мы лишь подтверждает то, что уже знали...

naami_moloko

Одно дело - то, что знаем, и совсем другое - то, что умееи...

Ater

Мне кажется, я говорю именно об этом. Только слегка в негативном аспекте...

naami_moloko

Ну ты же наверняка знаешь разницу между физиком-теоретиком и инженером

Ater

Ну, типа того. Ибо сам по себе стою где-то посередине...

sergeymorozov

Прикольно!
Интересно, а как они умудряются иглу прямо над атомом располагать?
(кстати, а у нас в России много тунельных микроскопов? вроде даже на химфаке есть. и не один).

spiritmc

Сходи к Петрию и спроси, если сильно хочешь знать.
---
...Я работаю антинаучным аферистом...

akiselev

To :
Для СТМ совсем не нужны температуры жидкого азота или гелия, он работает при обычной комнатной температуре.
Что-то с трудом верится в то, что все гладко у них получилось, скорее всего они наполовину загоняют, т.к. такой эксперимент проводился на предельном разрешении для туннельного микроскопа... А уж как они ставили иглу над атомом... наверное, им просто повезло, если это реально получилось, ведь сначала, чтобы найти этот атом, нужно отсканировать поверхность, и потом подвестись туда иглой, а за это время тепловой или механический дрейф иглы и держатнля образца неминуем....