В сканирующем туннельном микроскопе, способном видеть отдельные атомы, поддерживаются экстремальные условия: температура около -268°C и сверхвысокий вакуум. Чтобы осадить одиночные атомы железа на исследуемую поверхность, обычно требуется прямой путь от испарителя к образцу. Однако в самых холодных приборах этот путь перекрыт тепловыми экранами, что делает стандартное напыление сложной задачей.

Инженеры предложили элегантное решение: они взяли миниатюрную лампу накаливания — такую, какие используются в карманных фонариках или подсветке приборов, — покрыли её вольфрамовую нить тончайшим слоем железа и встроили прямо в головку микроскопа. Нагревая нить слабым электрическим током, они испаряют железо атом за атомом. Атомы оседают на холодную поверхность оксида магния, лежащую на серебре, подобно тому как иней образуется на стекле. Вся конструкция размером с горошину, а расстояние до образца составляет около сантиметра.

После напыления микроскоп продолжает сканировать ту же самую область поверхности: смещение иглы составляет менее 5 нанометров, то есть ширины нескольких атомов. Это позволяет сначала получить изображение чистой площадки, затем осадить на неё несколько атомов железа и снова её рассмотреть — как будто на пустой шахматной доске аккуратно расставили фигуры и сделали снимки до и после.

Чтобы убедиться, что на поверхности действительно находятся атомы железа, учёные измерили, как электроны туннелируют через отдельный атом. На графике туннельной проводимости появились симметричные ступеньки при напряжении около ±14 милливольт — характерная «подпись» атома железа на оксиде магния. Поток атомов при этом очень слабый: около 15 атомов на квадратный нанометр в секунду. Такой испаритель проработает примерно 150 часов, а его фиксированное положение избавляет от громоздких подвижных экранов и необходимости открывать микроскоп после охлаждения.

Теперь можно многократно и очень дозированно добавлять магнитные атомы на изолирующую поверхность, не нарушая хрупкий холодный мир внутри микроскопа. Это открывает путь к сборке крошечных магнитных структур — по одному атому за раз.