Фізикам Університету Токіо вдалося виміряти електричну провідність в околицях одного атома свинцю. Автори вперше виявили, що її характер може значно змінюватися залежно від висоти вимірювального зонда. Короткий її огляд опубліковано в журналі, а препринт самої статті, що вийшла в журналі, доступний на сайті arXiv.org.
Метод скануючої тунельної мікроскопії полягає в скануванні поверхні зразка за допомогою дуже гострої голки. Між голкою і поверхнею експериментатори прикладають напругу і вимірюють струм, що спостерігається внаслідок тунелювання електронів зі зразка на голку. За допомогою цього методу можна розрізнити окремі атоми на поверхні зразка, а також здійснювати різні маніпуляції ними (відрив, переміщення), однак для вивчення електропровідності на субатомному рівні необхідне надзвичайно стійке обладнання, що не допускає навіть найменших коливань голки. В іншому випадку, поверхня дуже легко може бути порушена, що призведе до спотворення результатів вимірювання.
Автори роботи змогли створити такі умови для сканування поверхні монокристалу свинцю свинцевим зондом. Атоми свинцю формують на атомному масштабі випуклий періодичний малюнок, який можна порівняти з бджолиними сотами. Коли зонд наближається до зразка дуже близько, то атом, що знаходиться на самому його кінчику, може виявитися або навпроти вершини поверхневого атома, або в поглибленні, утвореному трьома атомами. Вчені виявили, що в залежності від висоти зонда над поверхнею значення провідності в цих ситуаціях може сильно змінюватися.
Коли зонд ковзав над поверхнею на відносній висоті ^ z = 100 пікометрів (1 ангстрем), провідність збільшувалася над «вершинами» і падала в «поглибленнях» і експоненційно залежала від відстані між зондом і найближчим атомом. Це відповідає струму, викликаному тунелюванням електронів. Коли дослідники опустили зонд глибше, аж до значень ^ z від 0 до -40 пікометрів, залежність набула більш крутого характеру, пов'язаного з тим, що голка почала стосуватися поверхні. Але подальше зниження висоти до -50 пікометрів сильно змінило сам характер залежності: провідність над «вершинами» впала в порівнянні з провідністю в «поглибленнях».
Вчені пов'язують цю зміну з тим, що при невеликій висоті голки над зразком в «поглибленнях» утворюються контакти одночасно з трьома атомами, на відміну від «вершин». За словами авторів, їхня робота доводить, що у вимірах провідності за допомогою скануючої тунельної мікроскопії важливим є навіть взаємне розташування атомів.