Учёные научились с помощью радиосигналов управлять магнитным спином ядра отдельного атома. Эксперимент провели специалисты Делфтского технического университета, а его результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Об исследовании также сообщил научный портал SciTechDaily.
Полученный результат оказался неожиданным для исследователей, поскольку магнитный момент ядра значительно слабее электронного и лучше защищён от внешнего воздействия. «Но в некоторых атомах ядро также обладает спином. Этот спин намного слабее, но и гораздо лучше изолирован от внешнего мира», — отметил руководитель работы Сан дер Отте. Ранее основное внимание при подобных экспериментах уделялось электронному спину, который проще обнаруживать и изменять.
Для работы команда использовала модифицированный сканирующий туннельный микроскоп, способный направлять электрические сигналы к отдельным атомам. Исследователи одновременно подавали два сигнала: один был настроен на электрон, а другой — на ядро. В результате им удалось изменить направление ядерного спина даже при слабой связи с электронным спином, хотя ранее считалось, что электрические сигналы микроскопа не должны влиять на ядро напрямую.
Контролировать оба состояния удалось после адаптации метода двойного магнитного резонанса для работы с одним атомом. Сигналы настраивали на соответствующие резонансные частоты электрона и ядра, поскольку переход между определёнными квантовыми состояниями возможен только при точном совпадении частоты. Первый автор исследования Хестер Веннема сравнила этот принцип со звучанием отдельных струн гитары, которым соответствуют разные «ноты», причём частоты ядерного спина в сто–тысячу раз ниже частот электронного.
Ядерные спины рассматриваются как возможная основа для хранения квантовой информации, поскольку они меньше подвержены внешним помехам. Управление спином отдельного ядра в будущем может помочь создать новые способы записи и считывания таких данных, однако до практического применения ещё далеко. Теперь учёным предстоит выяснить, какой физический механизм позволяет ядру реагировать на сигнал при недостаточной для объяснения эффекта связи с электроном.