Учёные Делфтского технического университета продемонстрировали способ управления магнитным спином ядра отдельного атома с помощью радиосигналов. Результат оказался неожиданным, поскольку ядерный спин сохранял чувствительность к электрическим сигналам даже при слабой связи со спином электрона. Работа исследователей опубликована в журнале Nature Communications, сообщает SciTechDaily.
Магнитные свойства электронов значительно сильнее ядерных, поэтому именно электронный спин обычно используют для изучения магнетизма на атомном уровне. Ядерный спин слабее, но лучше защищён от внешнего воздействия. «Самый сильный магнетизм создают электроны, — отметил руководитель исследования Сандер Отте. — Однако в некоторых атомах спин есть и у ядра. Он гораздо слабее, но при этом значительно лучше изолирован от внешнего мира».
Для эксперимента специалисты переоборудовали сканирующий туннельный микроскоп, который может направлять электрические сигналы на отдельные атомы. Ранее с помощью такого оборудования в основном исследовали электронный спин, а ядерный отслеживали косвенно через сверхтонкое взаимодействие между электроном и ядром. В новой работе Хестер Веннема и её коллеги одновременно подали два сигнала: один был настроен на электрон, а другой — на ядро.
Раздельный анализ воздействия сигналов показал, что исследователи способны переворачивать ядерный спин даже при отсутствии заметной зависимости от спина электрона. Для этого они адаптировали метод двойного магнитного резонанса и настроили сигналы на соответствующие резонансные частоты. «Согласно нашему простому пониманию, такого происходить не должно, — сказал Отте. — Ядерный спин вообще не должен реагировать на электрические сигналы сканирующего туннельного микроскопа».
Каждое допустимое изменение спина требует сигнала определённой частоты, поэтому учёные сравнили этот процесс со звучанием отдельных струн гитары. Частоты, соответствующие переходам ядерного спина, в сто–тысячу раз ниже частот электронного спина. Управляемые ядерные спины рассматриваются как возможная основа для хранения квантовой информации, поскольку они лучше защищены от внешних помех, однако практическое применение метода пока остаётся перспективой. Механизм, благодаря которому ядро реагирует на сигнал при недостаточной связи с электроном, ещё предстоит установить.