Схема измерения ENDOR
Исследователи из Делфтского технического университета в Нидерландах сумели с помощью радиоволн управлять магнетизмом ядра отдельного атома. Результат оказался неожиданным: до сих пор физики считали, что таким ядерным спином нельзя управлять непосредственно. Открытие может создать новые возможности для хранения и считывания квантовой информации.
В таких металлах, как железо и никель, каждый атом обладает небольшим магнитным моментом. «Безусловно, наиболее сильный магнетизм создают электроны, — говорит руководитель исследования Сандер Отте. — Но у некоторых атомов спином обладает и ядро. Он гораздо слабее, зато значительно лучше защищён от внешнего мира».
Группа Отте изучает спины с помощью модифицированного сканирующего туннельного микроскопа. Раньше исследователи в основном работали с электронным спином, который легче всего считывать. Ядерный спин проявлялся лишь косвенно, посредством так называемого сверхтонкого взаимодействия.
В новом эксперименте ведущий автор Хестер Веннема и её коллеги одновременно направляли на атом два разных сигнала: один воздействовал на электрон, другой — на ядро. К своему удивлению, исследователи обнаружили, что могут изменять состояние ядерного спина даже тогда, когда электронный и ядерный спины были в значительной степени разделены.
«Согласно нашему простому пониманию происходящего, этого вообще не должно было случиться, — говорит Отте. — Ядерный спин не должен быть чувствителен к электрическим сигналам сканирующего туннельного микроскопа».
Для исследования команда усовершенствовала существующий метод двойного магнитного резонанса, приспособив его для работы с отдельным атомом. Это позволило независимо воздействовать на магнетизм атомного ядра и электрона.
При магнитном резонансе ориентация спина изменяется с помощью волнового сигнала. Для этого частота сигнала должна в точности соответствовать нужному переходу.
«Это можно сравнить со струнами гитары, — объясняет Веннема. — Каждый возможный переход спина подобен струне со своей нотой. Чтобы заставить определённую струну вибрировать, необходимо точно сыграть нужную ноту».
Ядерные спины особенно интересны для приложений, где квантовую информацию необходимо хранить в хорошо защищённом состоянии. Возможность управлять ими может открыть новые способы хранения и считывания квантовой информации.
«Значит, снова пора к чертёжной доске, — говорит Отте. — Именно так и работает наука. Всегда остаётся что‑то новое, что ещё предстоит выяснить».
Источник: habr.com