Физика

Физики научились контролировать электричеством спин атомных ядер

UNSW/Tony Melov

Физики из Университета Нового Южного Уэльса нашли способ воплотить в жизнь предсказанный еще в 1961 году эффект — управлять спином атомных ядер с помощью внешнего электрического поля. Результаты новой работы опубликованы в журнале Nature.

«Это открытие означает, что теперь мы можем создать квантовые компьютеры с использованием атомных спинов без необходимости использования магнитного поля, — говорит один из исследователей, профессор квантовой инженерии Университета Нового Южного Уэльса Андреа Морелло. — Более того, мы можем использовать эти ядра в качестве особо точных датчиков электрических и магнитных полей или для ответа на фундаментальные вопросы квантовой физики».

То, что ядерный спин можно контролировать с помощью электрических, а не магнитных полей, имеет далеко идущие последствия. Создание магнитных полей требует серьезного оборудования и больших токов, к тому же зона действия магнитных полей достаточно велика, и ограничить ее непросто. А электрические поля можно создавать на кончике крошечного электрода и ограничивать их достаточно точно. Это позволяет значительно упростить управление отдельными атомами, размещенными в наноэлектронных устройствах.

Первоначально в ходе своей работы исследователи планировали индуцировать ядерный магнитный резонанс на одном атоме сурьмы — элементе, который обладает большим ядерным спином. Они собирались исследовать границу между квантовым и макромиром, заданную хаотическим поведением ядерного спина.

Однако как только исследователи начали эксперимент, то поняли, что что-то было не так. Ядро вело себя очень странно, не выдавая сигнала на определенных частотах, но показывая повышенную интенсивность на других. Сначала ученые не понимали, в чем дело, но затем осознали, что наблюдают не магнитный, а электрический резонанс.

«Мы создали устройство, содержащее атом сурьмы и специальную антенну, оптимизированную для создания высокочастотного магнитного поля, управляющего ядром атома. Наш эксперимент требует, чтобы это магнитное поле было достаточно сильным, поэтому мы направили слишком много энергии на антенну и сломали ее», — говорит ведущий автор работы Серван Асаад.

Продемонстрировав способность управлять спином ядра с помощью электрических полей, исследователи использовали сложное компьютерное моделирование, чтобы понять, как такое возможно. Новая работа физиков подчеркивает, что ядерный электрический резонанс является поистине локальным, микроскопическим явлением: электрическое поле искажает атомные связи вокруг ядра, заставляя его переориентироваться.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.