Усилитель поможет алмазу следить за атомами

Исследователи из Оксфорда и Сингапурского университета заявляют, что молекула-«усилитель», размещенная на острие алмаза, может оказаться полезной в обнаружении и идентификации отдельных атомов.

Новая идея основана на уже выполняющихся исследованиях, целью которых является создание нанокристалла алмаза, способного детектировать исключительно слабое магнитное поле отдельного атома. Дефекты кристаллической решетки алмаза способствуют фиксации электронов, которые, действуя подобно компасу, отвечают на воздействие слабого магнитного поля, создаваемого атомом.

Важным фактором является возможность считывания информации с алмазного комплекса за счет освещения его кристалла импульсами лазерного излучения – такой подход позволяет определить местоположения и тип индивидуальных атомов, например, возможно различить атомы углерода и водорода, а также определить их точное местонахождение – результаты такого исследования могут оказаться полезными при изучении строения химических структур вирусов или новых функциональных материалов.

Руководитель исследования, Саймон Бенджамин (Simon Benjamin) отмечает, что основной проблемой такого подхода заключается в том, что такой «компас» хорошо ведет себя только в том случае, если он расположен глубоко внутри кристалла алмаза. Это обстоятельство значительно осложняет подход алмазного датчика к изучаемой структуре на расстояние, достаточное для определения магнитного поля индивидуального атома. По его словам такая задача напоминает попытки вытянуть строго определенный шарик из ведра, полного похожих друг на друга шариков, одев при этом на руку перчатку-прихватку, с помощью которой вытаскивают из духовки горячие сковородки и противни.

Результаты нового исследования позволяют предположить, что связывание с алмазным острием другого «компаса» – молекулы-усилителя, позволяет передать информацию об отдельно атоме вглубь алмаза таким образом, что она может быть без проблем считана.

Бенджамин заявляет, что проведенные в его исследовательской группе расчеты впервые демонстрируют, каким образом такая молекула-усилитель сигнала может применяться, чтобы увеличить чувствительность алмазной пробы, позволяя определять и локализовывать отдельные атомы. Бенджамин уверен, что разработка такой технологии на практике будет играть такую же роль в изучении наносистем и химических веществ, какую, в свое время, для человечества сыграл переход от черно-белой фотографии к цветной.

Эрик Гогер (Erik Gauger), также принимавший участие в исследовании, отмечает, что предлагаемый исследовательской группой подход может представлять собой предел чувствительности и разрешения в детектировании магнитного поля, он также надеется, что исследователям удастся разработать метод непосредственного определения атомов, разработанное устройство сможет стать революционным аналитическим инструментом для химии, биологии и медицины. Исследователи надеются, что алмазные зонды, способные изучить строение материала в беспрецедентных деталях будут изготовлены в течение пары лет.