Учёные Делфта укротили магнетизм одиночного атома

Исследователи из Делфтского технического университета научились управлять магнитным состоянием ядра одиночного атома с помощью радиоволн — вопреки прежним представлениям физиков

До сих пор физики считали, что ядерным спином — магнитной «стрелкой компаса» ядра атома — напрямую управлять нельзя. Он гораздо слабее спина электронов, зато намного лучше защищён от внешних воздействий. Группа Сандера Отте изучает спины с помощью переделанного сканирующего туннельного микроскопа: он позволяет с высокой точностью направлять электрические сигналы на отдельный атом. Раньше ядерный спин проявлялся в таких опытах лишь косвенно — через сверхтонкое взаимодействие, из-за которого спины ядра и электрона слегка связываются друг с другом.

В новом эксперименте Хестер Веннема и её коллеги одновременно посылали на атом два сигнала — один к электрону, другой к ядру. Для этого они приспособили к одиночному атому известный метод двойного магнитного резонанса, который позволяет воздействовать на магнетизм ядра и электрона независимо. К удивлению авторов, ядерный спин удалось перевернуть даже тогда, когда спины ядра и электрона были почти не связаны. «По нашим простым представлениям, такого быть не должно: ядерный спин вообще не должен реагировать на электрические сигналы микроскопа», — говорит Отте.

Чтобы повернуть спин, нужен сигнал строго определённой частоты. Веннема сравнивает это с гитарой: каждый возможный поворот спина — словно струна со своей нотой, и, чтобы она зазвучала, нужно сыграть именно эту ноту. «Ноты» ядерного спина в 100–1000 раз ниже, чем у электронного. Благодаря своей защищённости ядерные спины интересны для надёжного хранения и считывания квантовой информации.

Пока исследование скорее ставит новые вопросы о механизме, который управляет ядерным спином. Учёные признают: предстоит ещё многое выяснить. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Ранее по теме: Новый вид магнетизма приблизит создание сверхбыстрых компьютеров

Источник: EurekAlert!