作者:Forschungszentrum Juelich 铜表面上钴小岛的地形图(大小为25纳米乘以25纳米)
Nc标记用于使尖端功能化的分子
微小的正方形标记了放大的区域，在左上角放大显示，显示了层中不同钴原子的不同磁相互作用场
信用:forschunszentrum jülich/Markus Ternes 法国斯特拉斯堡大学的科学家与西班牙圣塞巴斯蒂安和德国尤里克研究中心的同事密切合作，在探测纳米结构的磁矩方面取得了突破
他们成功地用扫描隧道显微镜使磁矩以原子级的分辨率清晰可见，这是多年来科学界的标准设备
研究人员通过在显微镜尖端放置一个含有镍原子的小分子使其对磁性敏感
发表在最新一期《科学》杂志上的研究结果为实现对原子级结构的基本洞察以及设计未来的原子级器件(如纳米级存储器件和量子模拟器)开辟了一条新的途径
为了探索单个原子和分子的世界，科学家们使用显微镜，这种显微镜不依赖于光线或电子，而是可以被看作是类似唱机的终极版本
这些被称为扫描探针显微镜的仪器，使用尖针的末端作为尖端来“读取”由原子和分子在支撑表面上形成的凹槽
为了检测尖端和表面之间的接近程度，科学家们使用了一种微小的电流，当两者仅相隔一纳米(即百万分之一毫米)时，这种电流就开始流动
调节尖端以保持该距离能够通过扫描表面进行地形成像
虽然这种显微镜的基本概念是从20世纪80年代发展起来的，但只是在最近十年，不同实验室的科学家才学会通过巧妙设计探针的末端来扩展这种显微镜的功能
例如，通过附着一个小分子，如一氧化碳或氢，空间分辨率得到了前所未有的提高，其中分子的灵活性使得甚至化学键也是可见的
同样，最近发表在《科学》杂志上的文章的作者特意制作了他们的仪器，给尖端带来了一种新的功能:他们通过在尖端放置一个包含单个镍原子的分子——所谓的量子分子磁体——来使其对磁矩敏感
这种分子可以很容易地以电的方式进入不同的磁性状态，就像一个微小的磁铁一样
虽然它的基态实际上没有磁矩，但它的激发态确实有一个磁矩，它能以前所未有的空间分辨率和高灵敏度感应近磁矩
这一成就的重要性是多方面的
这种方法第一次使得结合表面结构的磁性能以原子分辨率成像成为可能
使用分子作为活性传感器使得它非常容易在世界范围内从事该领域工作的其他团体所使用的仪器中重现和实现
复杂磁性结构的“暗”磁矩通常很难测量，变得容易获得，这对于理解它们的内部结构很重要
并且该方法提供了另一个优点
因为分子传感器的基态是非磁性的，所以测量只对研究中的系统产生最小的反作用，这对纳米级的挥发性状态很重要
总之，通过这项工作，科学家们扩展了他们的纳米工具箱，使用了一种对磁性敏感的新工具，这对未来的应用非常重要——从纳米存储器件到量子模拟和计算领域的新材料或应用
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