Исследователи из Технического университета Делфта (Нидерланды) впервые наблюдали в реальном времени, как магнитное ядро атома меняет состояние. С помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) они считали ядерный спин через электроны того же атома. В ходе исследования, опубликованного в Nature Communications, неожиданно выяснилось, что спин сохраняет стабильность около пяти секунд — значительно дольше, чем электронный спин, «живущий» всего примерно 100 нс.
СТМ фиксирует не само ядро, а электроны вокруг него. И ядро, и электроны обладают квантовомеханическим свойством — спином, которое можно рассматривать как крошечный магнит. Поскольку напрямую ядерный спин недоступен, ученые использовали гипертонкое взаимодействие между электронным и ядерным спинами, что позволило косвенно «увидеть» изменения состояния.
Благодаря быстрой регистрации сигналов команда зафиксировала переключение между двумя уровнями, соответствующее переходу ядерного спина из одного квантового состояния в другое. Скорость измерений оказалась выше скорости самого переключения, что дало возможность осуществить single-shot считывание — определение состояния без его разрушения.
Результат эксперимента открывает новые перспективы в контроле ядерных спинов на атомной поверхности и в будущем может стать основой для квантового моделирования и сенсинга на атомном масштабе. По словам ученых, первый шаг к освоению новой области — «научиться измерять», и теперь это возможно и для ядерных спинов.
Ранее в Науке Mail сообщали, что российские физики нашли инструмент для поиска отличий материи и антиматерии.
