來自加利福尼亞大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)的一組研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種利用單分子磁鐵作為掃描磁力儀的方法。在他們發(fā)表在《科學(xué)》論文中，該小組概述了包括展示他們傳感器掃描嵌入在另一種材料中的分子自旋和磁性能。

隨著科學(xué)家們繼續(xù)在越來越小的存儲(chǔ)設(shè)備上壓縮越來越多數(shù)據(jù)，正在探索利用單個(gè)分子甚至原子磁性狀態(tài)的可能性——很可能是最小的記憶元素類型。在這項(xiàng)新研究中已經(jīng)證明，使用附著在傳感器上的單個(gè)分子來讀取另一種材料中單個(gè)分子的特性是可能的。

為了制造傳感器和存儲(chǔ)介質(zhì)，研究人員首先將鎳(環(huán)戊二烯)2的磁性分子吸附到鍍銀的平板上。然后從銀表面提取一個(gè)鎳新烯分子，并將其應(yīng)用于掃描隧道顯微鏡傳感器的頂端。接下來將一個(gè)被吸附物覆蓋的表面加熱到600毫克利艾文，然后將帶有單個(gè)分子的傳感器靠近表面移動(dòng)，并讀取兩個(gè)分子相互作用時(shí)探針接收到的信號(hào)。研究人員能夠讀懂自旋和磁性相互作用，因?yàn)榘l(fā)生了與兩個(gè)分子。使用探測(cè)器，還能夠在幾個(gè)空間方向上創(chuàng)建相互作用的形狀圖像。當(dāng)探針直接放置在被研究分子的中心時(shí)，收到的信號(hào)最強(qiáng)。

而且隨著角度的增加，探針呈非對(duì)稱下降，隨著探針尖端向遠(yuǎn)處移動(dòng)，探針呈指數(shù)級(jí)下降。研究小組還將兩個(gè)鎳新烯分子連接在一起，行為符合密度泛函理論。研究人員的結(jié)論是：在埃水平上測(cè)量和監(jiān)測(cè)自旋相互作用是可能的，這可能會(huì)促使新型磁傳感器的發(fā)展。磁性單原子和分子作為最小的存儲(chǔ)器、自旋電子和量子位元的潛力，正受到越來越多的研究關(guān)注。用于研究這些系統(tǒng)的掃描探針顯微鏡從使用分子功能化尖端的新技術(shù)中獲益匪淺。這些技術(shù)提高了空間分辨率和光譜分辨率，并使新的傳感能力成為可能。

研究人員演示了一種顯微鏡技術(shù)，該技術(shù)使用一個(gè)磁性分子，Ni(環(huán)戊二烯基)2，吸附在掃描探針頂端，以連續(xù)可調(diào)的方式在所有三個(gè)空間方向上檢測(cè)與吸附在Ag(110)表面上的另一個(gè)分子之間的交換相互作用。進(jìn)一步利用探針成像交換相互作用強(qiáng)度的輪廓，揭示了埃級(jí)區(qū)域，在那里兩個(gè)磁性分子的量子態(tài)強(qiáng)烈混合。研究結(jié)果為基于磁性單分子傳感器的新型納米成像能力鋪平了道路。

博科園｜Copyright?Science X Network/Bob Yirka,Phys

參考期刊《Science》

DOI: 10.1126/science.aaw7505

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普