Большим успехом увенчались 12-летние усилия группы исследователей под руководством Дэна Ругара (Dan Rugar) из Алмаденской исследовательской лаборатории IBM в Сан-Хосе. Они, наконец, создали устройство, которое позволяет измерять силу магнитного взаимодействия единичного электрона, связанную с его спином, с другими источниками магнитного поля. Сообщение об этом появилось в июльском номере журнала Nature (Vol. 430, P. 329-332, 15.07.04). До них это никому еще не удавалось сделать в силу чрезвычайной малости собственного магнитного момента электрона и, соответственно, силы его взаимодействия с другим источником поля (порядка 10-18 ньютонов).

Созданная учеными установка может измерять исчезающе малую магнитную силу между электроном и наконечником маленького кронштейна, рычаг которого зафиксирован в определенной точке. В основе - техника, названная как силовая магниторезонансная микроскопия (magnetic resonance force microscopy или MRFM). Она позволяет с большой точностью измерять колебания кронштейна с магнитным наконечником под действием магнитного поля электрона. Величина колебаний измеряется с помощью интерференционной картины в поле лазерного луча, сфокусированного на наконечнике толщиной порядка 150 нм. Для облегчения задачи ученые использовали внешнее магнитное поле, которое "переключало" спин электрона с ориентации "вверх" на ориентацию "вниз" с частотой 3 миллиарда раз в секунду. Естественно, что это меняло силу взаимодействия электрона и наконечника, например, с притягательной на отталкивающую, изменяя, тем самым, и частоту вибрации кронштейна.

Новую технологию предполагается использовать для изучения атомной структуры материалов, используемых в электронной промышленности. Преимущества ее, по сравнению, например, с техникой сканирующей туннельной микроскопии, способной обозревать приповерхностную атомную структуру не глубже 1-2 слоев, в том, что она "чувствует" электроны на глубине десятка слоев, являясь, таким образом, трехмерным инструментом. Кроме того, с помощью подобной техники можно считывать информацию, записанную в ориентациях спинов отдельных электронов, что необходимо для создания квантовых компьютеров, основанных на использовании в качестве кюбитов спиновых состояний.

Следующим шагом по увеличению чувствительности устройства станет применение техники силовой магниторезонансной микроскопии к измерению силы магнитного взаимодействия атомных ядер или отдельных протонов, которая еще в 600 раз слабее. А в перспективе новая техника позволит лучше понять структуру белков, которая пока изучается, скорее, косвенными методами.

Сергей САНЬКО