В микроскопе, который видит отдельные атомы, царит холод и безмолвие: температура около -268°C, а внутри — идеальный вакуум. Чтобы положить на такую сцену одиночные атомы железа, обычно нужен прямой «коридор» от испарителя к образцу. Но в самых холодных приборах этот коридор перекрыт тепловыми экранами, и напыление превращается в головоломку.

Инженеры нашли остроумный выход: взяли миниатюрную лампочку накаливания — из тех, что светятся в карманных фонариках или подсветке приборов, — покрыли её вольфрамовую нить тончайшим слоем железа и встроили прямо в головку микроскопа. Нагревая нить слабым током, они испаряют железо атом за атомом. Оно оседает на холодную поверхность оксида магния, лежащую на серебре, как иней на стекло. Вся конструкция размером с горошину, а до образца — около сантиметра.

После напыления микроскоп продолжает сканировать ту же самую область поверхности: смещение иглы составляет меньше 5 нанометров, то есть ширины нескольких атомов. Это позволяет сначала сфотографировать чистую площадку, потом посадить на неё несколько атомов железа и снова её рассмотреть — как будто на пустой шахматной доске аккуратно расставили фигуры и сделали снимок до и после.

Чтобы убедиться, что на поверхности действительно железо, учёные измерили, как электроны туннелируют через отдельный атом. На графике появились симметричные ступеньки при напряжении около плюс-минус 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 тревожа хрупкий холодный мир внутри микроскопа. Это открывает дорогу к сборке крошечных магнитных структур — по одному атому за раз.