Je leest:

Tollend elektron ‘gezien’

Tollend elektron ‘gezien’

Auteur: | 15 juli 2004

Natuurkundigen van IBM hebben een techniek ontwikkeld om individuele elektronen te volgen. Ze combineerden twee bestaande technieken en bereikten een veertig maal betere resolutie dan ooit tevoren.

De Magnetic Resonance Force Microscope (MRFM) van Dan Rugar en zijn collega’s van IBM in San José is supergevoelig en bestaat uit samarium-kobalt, een legering met magnetische eigenschappen In het scherpe puntje van de MRFM veroorzaakt dat materiaal een sterk magneetveld, dat magneetvelden in de omgeving kan meten. MRFM-techniek bestaat al zo’n tien jaar, maar was nooit gevoelig genoeg om individuele elektronen te meten. De techniek is een combinatie van Magnetic Resonance Imaging (MRI) en Atomic Force Microscopy (AFM).

Het puntje van de ultradunne naald is maar 150 nanometer breed, 150 miljardste meter. Atomen hebben een doorsnede tussen de 0,1 en 0,5 nanometer. De MRFM-punt (blauw) bestaat uit samarium-kobalt, een legering met magnetische eigenschappen. bron: D. Rugar, IBM 2004

In het experiment dat Rugar en zijn collega’s in Nature van 15 juli beschrijven, koelden ze het apparaat af tot 1,6 graden boven het absolute nulpunt. Bij die temperatuur zijn omgevingstrillingen erg zwak. De MRFM kon daardoor het zwakke magneetveld van één enkel elektron ‘zichtbaar’ maken. Dat elektron werd eerst in een speciale energietoestand gebracht met radiogolven, waardoor het te onderscheiden was van omliggende elektronen.

Elektronen tollen continu rond hun as, dan weer linksom en dan weer rechtsom. Door het tollen ontstaat een piepklein magneetveldje, dat met het elektron van richting verandert: naar boven, naar onder, terug naar boven, enzovoorts. Zo ook het geprepareerde elektron in de siliciumlaag. Het wiebelende magneetveld van dat elektron bracht de MRFM in trilling, die daardoor het elektron op afstand kon vinden.

Ongekend nauwkeurig

Sinds de MFRM-techniek voor het eerst werd gebruikt, is de nauwkeurigheid met een factor van tien miljoen verbeterd. Het doel is, om uiteindelijk individuele atoomkernen te kunnen ‘zien’; die hebben een 650 keer zwakker magneetveld dan elektronen en zijn daarom moeilijker te vinden met de MFRM. Het pinpointen van een atoomkern zou een enorme sprong voorwaarts zijn; met de Atomic Force Microscope is alleen te zien wáár een atoom zich bevindt. MFRM zou verschillende atoomsoorten kunnen onderscheiden, als hun kernen tenminste magnetische velden opwekken. Conventionele MRI kan dat al, maar heeft miljarden atomen nodig voor een leesbaar signaal; MFRM kan met het veel zwakkere signaal van één atoomkern overweg.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 juli 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.