Усилиями физиков из двух национальных лабораторий Министерства энергетики США впервые удалось добиться пикометровой точности при определении расположения отдельных атомов.

Исследование проводилось с целью решения одной из проблем создания спинтронных устройств. Как уже неоднократно говорилось,

для дальнейшей миниатюризации электроники требуется разработка принципиально иных методов, и основные надежды сейчас связывают со спинтроникой.

Сейчас в этой молодой научно-технологической отрасли хватает загадок, большая часть которых связана с квантовыми свойствами материалов. Часто используются вещества, обладающие собственным электрическим дипольным моментом, – сегнетоэлектрики, или ферроэлектрики (в англоязычной литературе). Именно возможность изменять его при помощи внешнего электрического поля является ключевой идеей в разработке новых типов памяти и логических микросхем.

Теория предсказывает существование для каждого вещества предела плотности, выше которого создание спинтронного устройства будет невозможным. До недавнего времени не было методик, позволяющих точно определить это пороговое значение, как не было и ясности с деталями процесса спонтанной поляризации.

Рис. 1. Изображения отдельных частиц сегнетоэлектриков, полученные методом электронной голографии. На снимке «а» отчётливо видна поляризация, которая исчезает при нагревании (снимок «b»). Рассеянное поле появляется только после воздействия с внешним электрическим полем (снимки «c» и «d»).

Группа учёных из Брукхейвенской национальной лаборатории и лаборатории Лоуренса Беркли использовала метод электронной голографии для получения серии изображений структуры сегнетоэлектриков под влиянием внешних воздействий. Когда электронные волны проходят через образец сегнетоэлектрика, они влияют на его электрические поля, вызывая так называемый фазовый сдвиг. Интерференционная картина позволяет визуализировать эти электрические поля в масштабах тысячных долей нанометра.

Варьируя напряжение и температуру образцов, удалось идентифицировать и описать пределы, в которых стабильно наблюдаются важнейшие квантовые эффекты сегнетоэлектриков. Впервые экспериментально определены условия, при которых

существует техническая возможность использовать отдельные молекулы в качестве масштабируемых носителей информации.

Установлено, что для долговременного хранения данных плотность расположения единичных молекул или атомных групп в спинтронных устройствах не должна превышать 5 нм.

Исследование также проливает свет на характер расположения отдельных атомов и изменений конфигурации магнитных моментов у атомных ядер и электронных оболочек.