Para peneliti dari Delft University of Technology di Belanda telah dapat melihat inti magnetik dari sebuah atom beralih bolak -balik secara real time. Mereka membacakan nuklir -spinvia elektron dalam atom yang sama melalui jarum mikroskop tunneling pemindaian. Yang mengejutkan mereka, putaran tetap stabil selama beberapa detik, menawarkan prospek untuk meningkatkan kontrol nukleus magnetik. Penelitian, diterbitkan di Komunikasi Alam adalah langkah maju untuk penginderaan kuantum pada skala atom.
Mikroskop tunneling pemindaian (STM) terdiri dari jarum setinggi atom yang dapat -feelsingle atom pada permukaan dan membuat gambar dengan resolusi atom. Atau tepatnya, STM hanya dapat merasakan elektron yang mengelilingi nukleus atom. Baik elektron dan nukleus dalam atom berpotensi magnet kecil. Bergantung pada jenis atom, mereka masing-masing membawa kuantitas yang disebut-spin-, setara kuantum-mekanis dari magnet. Mengukur gerakan putaran elektron individu dengan STM dicapai untuk pertama kalinya satu dekade yang lalu. Kelompok Penelitian Tu Delft yang dipimpin oleh Profesor Sander Otte ingin tahu: Bisakah mereka menggunakan STM untuk membacakan putaran nuklir pada waktunya, bagian lain dari atom?
Membaca putaran nuklir
STM tidak sensitif terhadap putaran nuklir secara langsung, sehingga tim harus menggunakan elektron untuk membacakan putaran nuklir secara tidak langsung. -Salah Gagasan Umum telah ditunjukkan beberapa tahun yang lalu, memanfaatkan apa yang disebut interaksi hyperfine antara elektron dan putaran nuklir-, Otte menjelaskan. Namun, pengukuran awal ini terlalu lambat untuk menangkap gerakan putaran nuklir dari waktu ke waktu
Pengukuran cepat
Penulis pertama Evert Stolte dan Jinwon Lee berangkat untuk melakukan pengukuran cepat pada atom yang diketahui membawa putaran nuklir. Untuk kegembiraan mereka, mereka mengamati pengalihan sinyal antara dua level yang berbeda secara real time, hidup di layar komputer mereka. -Kami dapat menunjukkan bahwa switching ini sesuai dengan putaran nuklir yang membalik dari satu keadaan kuantum ke negara lain, dan kembali lagi-, kata Stolte. Mereka menentukan bahwa dibutuhkan sekitar lima detik sebelum putaran berubah, lebih lama daripada banyak sistem kuantum lain yang tersedia untuk STM. Misalnya, masa hidup spin elektron dalam atom yang sama hanya sekitar 100 nanodetik.
Pembacaan single-shot
Karena para peneliti dapat mengukur keadaan spin nuklir lebih cepat daripada membalik dan (kebanyakan) tanpa menyebabkan flip oleh pengukuran itu sendiri, mereka mencapai apa yang disebut pembacaan-single-shot-. Ini membuka kemungkinan eksperimental yang menarik untuk mengendalikan putaran nuklir. Selain itu, kemajuan mendasar dalam pembacaan dan kontrol putaran nuklir di permukaan dapat, dalam jangka panjang, membantu dalam aplikasi seperti simulasi kuantum atau penginderaan kuantum pada skala atom. STOLTE: -S Langkah pertama dalam perbatasan eksperimental baru adalah mampu mengukurnya, dan itulah yang dapat kami lakukan untuk putaran nuklir pada skala atom.-
Pembacaan single-shot dari putaran nuklir dari atom di permukaan Ew Stolte, J. Lee, HG Venema, R. Broekhoven, Eng, AJ Katan, LM Velman, P. Willke dan St. Otte
Komunikasi Alam 16, 7785 (2025), https://doi.org/10.1038/s41467-025-63232-5
