Teadlased on leidnud võimaluse magnetväljade ülitäpseks mõõtmiseks toatemperatuuril. Meetod põhineb samal üldprintsiibil kui tuumamagnetresonantsi ja elektroni spinnresonantsi kasutavad tehnikad kuid pakub lahutusvõimet aatomite suurusjärgus.
Lihtsustatult seisneb tuumamagnetresonantsi tehnika järgnevas. Paardumata tuumaosakesed – prootonid ja neutronid – annavad aatomituumale väikese magnetmomendi. Harilikult on spinni erinevatele väärtustele vastavad olekud sama energiaga ehk kõdunud. Välise magnetvälja rakendamisel saab aga üks olekutest teise ees teatava energeetilise eelise ja enamik paardumata osakesi valib selle oleku. Energiate erinevus spinnolekute vahel sõltub välise magnetvälja tugevusest. Sarnane kirjeldus kehtib ka paardumata elektronide jaoks elektronkattes. Seda nimetatakse Zeemani efektiks ja ta põhjustab näiteks spektrijoonte lõhenemist magnetväljas, mis omakorda
 |
| Katseskeem, kus aatomjõumikroskoobi tipu (hall) külge kinnitatud teemandi nanokristallis asuva defekti (roheline) abil mõõdetakse magnetilise nanoosakese (punane) magnetvälja.
|
võimaldab määrata kaugete tähtede magnetilisi omadusi nende spektri põhjal. Laboris saab tahtlikult esile kutsuda üleminekuid magnetvälja mõjul tekkinud energiatasemete vahel. Selleks kasutatakse ülemineku energiale vastava sagedusega elektromagnetkiirgust, mis põhjustab osakeste spinnoleku perioodilise muutumise – sellest ka sõna "resonants". Tehes kindlaks, missuguse sagedusega kiirgus resonantsi põhjustab, saab määrata tasemetevahelise energia ja seega mõõta välise magnetvälja tugevuse.
USA ja Saksamaa teadlased kasutasid mõõtevahendina imetillukest teemandikristalli, milles oli lämmastik-vakants defekt: teemandi kristallvõrest puudus kaks süsiniku aatomit, millest ühte asendas lämmastik. "Tühja" koha aga täitsid elektronid ja seda piirkonda kasutatigi välist magnetvälja mõõtva elemendina. Kirjeldatud lämmastik-vakants defekte on uuritud 1997 aastast alates ja nad on erakordsed selle poolest, et nende spinnolek püsib ka toatemperatuuril piisavalt kaua, et mõõtmisi teostada. Samas on see piirkond piisavalt väike, et mõõta magnetvälju väga hea ruumilise lahutusega. Kirjeldatud meetodit loodetakse rakendada näiteks üksikute aatomite liigi tuvastamiseks biomolekulides ja nii nende struktuuri uurimiseks, aga potentsiaalselt ka suure pindtihedusega magnetmälumaterjalide loomiseks ja nendelt info lugemiseks. Üksikuid lämmastik-vakants defektiga teemandi nanokristalle saaks kasutada rakusiseste protsesside uurimisel markeerijatena.
Allikad:
1. Nature 455, 644-647: Nanoscale magnetic sensing with an individual electronic spin in diamond
2. Nature 455, 648-651: Nanoscale imaging magnetometry with diamond spins under ambient conditions
Toimetas Erik Randla