Исследователи из Делфтского технического университета (Нидерланды) впервые наблюдали переключение спина магнитного ядра атома в режиме реального времени. Они использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), считывая спин через электроны того же атома с помощью острой иглы.
Фон и метод:
СТМ позволяет зондировать электроны вокруг ядра, которые, как и ядро, обладают спином — квантовым эквивалентом магнетизма. Десять лет назад удалось измерить спин электронов, но ядерный спин оставался недоступным. Команда профессора Сандера Отте применила сверхтонкое взаимодействие между электронным и ядерным спинами для косвенного считывания. Ранние методы были слишком медленными, поэтому исследователи провели быстрые измерения на атоме с известным ядерным спином.
Результаты:
На экране компьютера сигнал переключался между двумя уровнями, соответствующими переходам спина из одного квантового состояния в другое. Время жизни спина составило около 5 секунд — намного дольше, чем у электронного спина (100 наносекунд). Это позволило добиться “однократного считывания” без изменения состояния во время измерения.
Потенциал:
Открываются возможности для эффективного управления ядерным спином, что продвигает квантовое зондирование и моделирование. “Первый шаг — измерение, и мы его сделали”, — отмечает соавтор Эверт Штольте. Исследование опубликовано в Nature Communications и представляет прорыв в атомной физике.
Художественное изображение, основанное на реальных данных измерений, на котором показано, как ядерный спин атома переходит из одного квантового состояния в другое.
Этот переход наблюдался как колебание электрического тока, проходящего через атом, в течение нескольких секунд. Источник: Scixel.
Дополнительная информация: Evert W. Stolte et al, Single-shot readout of the nuclear spin of an on-surface atom, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63232-5
Источник: https://phys.org/news/2025-09-quantum-real-magnet-heart-atom.html