Ученые смогли переключать квантовые состояния ядра атома титана с помощью сканирующего туннельного микроскопа, что может помочь в разработке квантовой памяти.
Физики из Делфтского технического университета совместно с коллегами продемонстрировали возможность управления ядерным спином одиночного атома титана. Для этого исследователи использовали локальный зонд, с помощью которого удалось переключать состояния ядра даже при слабом взаимодействии с электронными состояниями. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Nature Communications.
Спин — это квантовая характеристика частицы, определяющая ее магнитные свойства. В атомах им обладают как электроны, так и атомные ядра. Ядерный спин слабее подвержен воздействию окружающей среды, поэтому способен дольше сохранять квантовую информацию. Однако та же особенность усложняет управление им и считывание его состояния.
В эксперименте ученые применили сканирующий туннельный микроскоп, который позволяет воздействовать на отдельные атомы с помощью электрических сигналов. Для исследования выбрали изотоп титан-47. Его ядро обладает спином 5/2 и может находиться в нескольких энергетических состояниях.
Чтобы управлять ядерным спином, команда адаптировала метод двойного электронно-ядерного резонанса. Он предполагает использование двух сигналов с разными частотами, позволяющих отдельно воздействовать на переходы между электронными и ядерными состояниями. Такой подход также дал возможность исследовать взаимодействие этих двух систем.
Для перевода частицы из одного состояния в другое необходимо подобрать частоту сигнала, соответствующую разнице энергий между состояниями. В случае ядерного спина она значительно ниже, чем при переходах электронов. Сопоставив экспериментальные данные с теоретическими расчетами, физики смогли изучить влияние электрона и локального электрического окружения на ядро атома.
Источник: hi-tech.mail.ru