Голландские физики совершили прорыв в квантовой механике и впервые смогли напрямую управлять магнетизмом ядра одного атома с помощью радиоволн. Об этом сообщает «Хайтек» со ссылкой на исследование в журнале Nature Communications.
До сих пор научное сообщество считало подобное манипулирование принципиально невозможным. Исследователи из Делфтского технического университета опровергли это убеждение, открыв новые горизонты для создания сверхзащищенной квантовой памяти.
Внутри каждого атома металлов существуют своеобразные магнитные стрелки компаса, которые физики называют спинами. Самый мощный магнетизм исходит от вращающихся электронов, однако атомное ядро некоторых элементов также обладает собственным спином.
Ядерный спин выражен гораздо слабее электронного, но при этом он надежно изолирован от разрушительного воздействия внешней среды. Именно эта идеальная природная защита делает его главным кандидатом на роль ячейки для хранения квантовой информации.
Авторы работы изучали поведение этих квантовых стрелок с помощью модифицированного сканирующего туннельного микроскопа. Данный сложнейший прибор позволяет направлять точечные электрические сигналы колоссальной точности на один-единственный атом.
В ходе нового эксперимента физики усовершенствовали технологию двойного магнитного резонанса для работы на наноуровне. Ученые одновременно послали атому два разных сигнала, один из которых был настроен на электрон, а второй — на ядро.
Прибор зафиксировал переворот ядерного спина под прямым воздействием радиоволны даже после полного распутывания его связи с электроном. По признанию самих исследователей, обычные теоретические модели не могут объяснить этот феномен, так как ядро не должно реагировать на подобные сигналы микроскопа.
Для наглядности физики сравнивают спиновые вращения с колебанием гитарных струн, где каждая квантовая нота требует своей строго определенной частоты. Частота «звучания» ядерного спина оказалась примерно в 1000 раз ниже показателей электронного соседа.
Эксперимент наглядно доказал принципиальную возможность независимого чтения и записи данных непосредственно в защищенное ядро атома. Теперь авторам предстоит полностью переписать теоретическую базу, чтобы разгадать скрытые механизмы этого процесса.
Обложка: magnific
