Учёные используют сканирующую туннельную микроскопию, чтобы понять, как электронные или магнитные свойства материала связаны с его структурой на атомном уровне. Однако при использовании этого метода обычно можно исследовать только самый верхний атомный слой материала.
Профессор Аника Шленхофф и постдокторант доктор Мацей Базарник из Института физики Мюнстерского университета (Германия) впервые успешно применили модифицированный метод измерений для визуализации структурных и магнитных свойств, лежащих под поверхностью. Команда исследовала ультратонкий слой магнитного материала (железа) под двухмерным слоем графена. Исследование [опубликовано](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c04475) в журнале ACS Nano.
При обычной сканирующей туннельной микроскопии для измерительного сигнала используются так называемые электронные состояния на поверхности образца (тот самый «туннельный ток», который протекает между наконечником зонда и образцом). Однако в резонансном варианте измерений, использованном командой, исследовались состояния, расположенные перед поверхностью.
Как показали исследователи, эти особые состояния можно использовать для обнаружения локальных магнитных свойств плёнки из железа, покрытой графеном. Физическая причина этого заключается в том, что электронные состояния, расположенные над поверхностью, проникают под графен в образец до магнитного слоя железа и сами становятся магнитными за счёт взаимодействия с железом.
«Это открывает новые возможности для исследований», — объясняет Шленхофф. «Теперь мы можем использовать один и тот же сканирующий туннельный микроскоп для исследования верхнего слоя слоистой системы и скрытого межслойного промежутка под ним с точки зрения их структурных, электронных и магнитных свойств. Оба слоя можно анализировать с уникально высоким пространственным разрешением, которое простирается до атомного масштаба».
Команда также показала, что их метод может быть использован для получения информации о локальном положении слоёв относительно друг друга. Например, положение атомов углерода в графене локально меняется по отношению к нижележащим атомам железа из-за различных последовательностей укладки.
«Различия в вертикальной укладке ранее не могли быть разрешены для этой системы материалов с помощью обычной сканирующей туннельной микроскопии», — объясняет Базарник.
Как оказалось, состояния вблизи поверхности, которые используются в резонансной сканирующей туннельной микроскопии, чувствительны к последовательности укладки и позволяют визуализировать эти различия.
Предоставлено [Мюнстерским университетом](https://www.uni-muenster.de/en/)