Физики впервые управляли спином ядра отдельного атома радиоволнами

В Нидерландах группа из Делфтского технического университета изменила ориентацию ядерного спина одного атома. Воздействие шло через радиочастотные сигналы. Работой руководили Хестер Веннема и Сандер Отте. Об этом пишет сайт Новая Наука.

Опыты вели на доработанном туннельном сканирующем микроскопе. Этот прибор направляет электрические сигналы на отдельные атомы с высокой точностью. Объектом стал титан-47: ядро такого изотопа обладает собственным магнитным моментом. Состояние меняли методом двойного магнитного резонанса.

Магнетизм атома связан не только с электронами, но и с ядром. Электронным спином управлять проще, а ядерный слабее реагирует на окружение. Подобная изоляция полезна для хранения квантовых данных, однако усложняет контроль. Часто воздействуют через сверхтонкую связь ядра с электроном.

В ходе эксперимента одновременно включали два радиосигнала. Первый влиял на спин электрона, второй — на переходы ядерного спина. Меняя частоты по отдельности, физики наблюдали за обеими магнитными составляющими. Выяснилось: ядро откликается даже тогда, когда его состояние слабо смешано с электронным. Простая модель такого поведения не предсказывала.

У ядерного спина нашли характерные резонансные переходы. Их частоты заметно ниже электронных — обычно разница составляет от сотен до тысячи раз. Настройка радиосигнала даёт возможность избирательно влиять на ядро. Почему электрический сигнал микроскопа запускает переходы при слабой связи спинов, учёные пока не объяснили.

Результат важен для вычислений на квантовых системах и сохранения данных. Ядерные спины дольше удерживают состояние, чем электронные. Для практики нужно точно управлять ими и считывать записанное. Показано адресное воздействие на отдельное ядро, но полноценную квантовую память и универсальное управление ядерным кубитом ещё не продемонстрировали. Дальше исследователи проверят механизм эффекта и его применение в квантовых устройствах. Отчёт опубликован в Nature Communications.