Naukowcy z Niemiec właśnie to zmienili swoim zaskakującym osiągnięciem. Po raz pierwszy w historii udało się im precyzyjnie kontrolować ruch pojedynczych atomów za pomocą pól magnetycznych. To osiągnięcie nie tylko podważa dotychczasowe założenia dotyczące zachowania atomów, ale także otwiera nowe perspektywy dla nanotechnologii, inżynierii materiałowej i szerokiego spektrum technologii przechowywania danych.
Dotąd zakładano, że atomy poruszają się po powierzchniach w sposób losowy, głównie w wyniku dyfuzji termicznej. Jednak najnowsze badania wykazały, że ruch ten można kontrolować — i to właśnie dzięki magnetyzmowi. W ramach przeprowadzonego eksperymentu udało się potwierdzić, że pole magnetyczne może wpływać na trajektorie atomów, nadając im określony kierunek ruchu.
Czytaj także: Wykorzystali laserowe szczypce, by zrobić coś niebywałego. Atomy weszły w specjalne splątanie
Do przeprowadzenia eksperymentu wykorzystano wysoce precyzyjny skaningowy mikroskop tunelowy, który pozwala manipulować pojedynczymi atomami. Badania nad atomami, jak to często bywa, odbywały się w temperaturach bliskich zera absolutnego. Tylko tak bowiem można wyeliminować wpływ szumu termicznego i umożliwić precyzyjne śledzenie ruchu atomów.
Naukowcy umieścili atomy kobaltu, rodu i irydu na cienkiej, jednowarstwowej powłoce manganu, osadzonej na krysztale renu. Choć powierzchnia miała symetryczną, heksagonalną strukturę, atomy nie poruszały się przypadkowo. Wręcz przeciwnie — ich ruch był uporządkowany i zgodny z kierunkiem lokalnego porządku magnetycznego warstwy stanowiącej podłoże.
Naukowcy wiedzą, że zwykle atomy przemieszczają się przez sieć krystaliczną, zajmując wolne miejsca w sieci krystalicznej. Dyfuzja odgrywa kluczową rolę w takich dziedzinach jak produkcja półprzewodników, czy nanotechnologia. Najnowsze wyniki sugerują, że ruch atomów można nie tylko obserwować, ale też aktywnie kontrolować za pomocą pól magnetycznych i to jest naprawdę fascynujące odkrycie.
Jeszcze do niedawna wpływ magnetyzmu na ruch atomów był jedynie rozważany teoretycznie. Choć naukowcy zajmują się tym zagadnieniem od dekad, dopiero teraz po raz pierwszy udało się go udowodnić eksperymentalnie. Symulacje mechaniki kwantowej przeprowadzone przez prof. Stefana Heinzego z Instytutu Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki CAU, przy użyciu berlińskiej infrastruktury obliczeniowej o wysokiej wydajności, potwierdziły wyniki eksperymentu.
Mało tego, naukowcy odkryli przy okazji także — czego nikt się nie spodziewał — że nawet pierwiastki uznawane za niemagnetyczne reagowały na pole magnetyczne podłoża. Okazało się, że oddziaływanie z powierzchnią manganu indukuje w tych atomach delikatne momenty magnetyczne, które dostosowują się do orientacji lokalnych pól magnetycznych powierzchni.
Czytaj także: Po raz pierwszy uwiecznili ruch elektronów w wodzie. Naukowcy przeprowadzili obserwacje w naprawdę małej skali
Kolejne symulacje wykazały także, dlaczego tak się dzieje. Okazuje się, że energetycznie korzystniejsze jest poruszanie się atomów wzdłuż kierunków zgodnych z uporządkowaniem magnetycznym niż w poprzek nich.
Wychodzi zatem na to, że magnetyzm — wbrew oczekiwaniom — odgrywa istotną rolę w ruchu pojedynczych atomów, a nawet może precyzyjnie kontrolować ścieżki, którymi się poruszają. Odkryta właśnie możliwość sterowania pojedynczymi atomami może doprowadzić do powstania zupełnie nowych metod tworzenia struktur nanoskalowych, projektowania zaawansowanych materiałów oraz prawdziwej rewolucji w przechowywaniu danych.